Хімія. 9 клас. Березан

§ 28. Обчислення об’ємних відношень газів за хімічними рівняннями

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

  • з'ясуєте зміст закону об'ємних відношень газів;
  • дізнаєтесь, як розв'язувати задачі, використовуючи цей закон.

Закон об’ємних відношень газів

Значна частина вуглеводнів за нормальних умов — це гази. Серед них — вуглеводні, які ми вже знаємо: метан, етен, етин, а також етан, пропан, бутан.

У газах, на відміну від твердих чи рідких речовин, відстань між молекулами дуже велика. Тому порції різних газів, що містять однакову кількість молекул, займають однаковий об’єм за незмінних тиску та температури.

На початку XIX ст. італійський фізик і хімік Амедео Авогадро сформулював закон, який назвали його іменем — закон Авогадро:

Рівні об’єми різних газів за однакових умов містять однакову кількість молекул.

Це означає, що в 1 л метану СН4 міститься стільки ж молекул, скільки їх є в 1 л ацетилену С2Н2 чи в 1 л етилену С2Н4.

Амадео Авогадро

(1776-1856)

Італійський учений і хімік, член Туринської академії наук. Заклав основи молекулярної теорії. Відкрив один з фундаментальних природничих законів, названий його ім’ям. Вивчав електричні, електромагнітні явища. Розробив метод визначення молекулярної маси. Зробив вагомий внесок у вивчення зв’язку між електричними і хімічними явищами. Назване на його честь число Авогадро є однією з найважливіших сталих у хімії та фізиці.

Відкриттю закону Авогадро передували численні досліди з газами французького хіміка і фізика Жозефа-Луї Гей-Люссака. Так, досліджуючи реакцію водню з хлором, він використовував однакові об’єми газів, а одержав продукт реакції — гідроген хлорид, об’єм якого був удвічі більшим:

Експериментуючи з воднем (під час його взаємодії з киснем), учений зауважив, що на реакцію з одним об'ємом кисню витрачається два об'єми водню:

За результатами дослідів він установив, що невеликі цілі числа, якими виражається відношення об’ємів газоподібних речовин, збігаються з коефіцієнтами перед формулами цих речовин у рівнянні реакції.

Ж.-Л. Гей-Люссак 1808 року сформулював закон об'ємних відношень газів:

Об'єми газів, що вступають у реакцію, а також утворюються в результаті реакції, відносяться як невеликі цілі числа.

Жозеф-Луї Гей-Люссак

(1778-1850)

Французький хімік і фізик, член Французької академії наук. Відкрив газові закони, названі його ім’ям. Здійснив фундаментальні дослідження в галузі фізичної, органічної та неорганічної хімії. Зробив вагомий внесок у вивчення галогенів. Сприяв поширенню знань в аналітичній хімії. Відкрив ціан (CN)2, розробив метод добування щавлевої кислоти. Сконструював вежу із системою свинцевих камер, яка в технології виробництва сульфатної кислоти названа на його честь.

Ці числа збігаються з коефіцієнтами в рівнянні реакції. Закон Гей-Люссака поширюється на всі газоподібні речовини (органічні та неорганічні).

Запишемо рівняння реакції горіння етану:

2Н6 + 7О2 4СО2 + 6Н2О

Як видно з рівняння, дві молекули етану реагують із сімома молекулами кисню, утворюючи чотири молекули вуглекислого газу і шість молекул води.

Отже, можна стверджувати, що на згоряння двох моль етану потрібно сім моль кисню. При цьому утвориться чотири моль карбон(IV) оксиду й шість моль води. Тобто:

n(С2Н6) : n(О2) : n(СО2) : n(Н2О) = 2 : 7 : 4 : 6

Оскільки вода за температури горіння етану є газоподібною, то, зважаючи на закон об’ємних відношень газів, можна записати так:

V(C2H6) : V(O2) : V(CO2) : V(H2O) = 2 : 7 : 4 : 6

Оскільки вода за нормальних умов (0 °С) конденсується, то стосовно неї закон об’ємних відношень газів не діє.

V(C2H6) : V(O2) : V(CO2) = 2 : 7 : 4

Розв’язування задач

У хімії є низка задач, розв’язування яких передбачає використання закону об’ємних відношень газів.

Задача 1. Який об’єм кисню необхідний для повного спалювання 100 л етену? Усі вимірювання виконано за однакових умов.

Задача 2. Ацетилен повністю спалили в чистому кисні, отримавши 2400 мл карбон(ІV) оксиду. Який об'єм кисню витратили на спалювання ацетилену?

Задача 3. Приготували суміш зі 120 л метану і 300 л кисню. Суміш підпалили. Чи залишиться після закінчення реакції один з реагентів? Якщо залишиться, то обчисліть його об'єм (об'єми всіх речовин вимірювали за нормальних умов).

Відповідь: після реакції залишиться 60 л кисню.

Підсумки

  • 1. Під час розв'язування задач, де реагентами і продуктами реакції є газоподібні речовини, слід керуватись двома законами: законом Авогадро та законом об'ємних відношень газів.
  • 2. Закон Авогадро: у рівних об'ємах різних газів за однакових умов міститься однакова кількість молекул (або атомів).
  • 3. Закон об'ємних відношень газів: об'єми газів, що вступають у реакцію чи утворюються в результаті реакції, відносяться між собою як невеликі цілі числа.
  • 4. Відношення об'ємів газоподібних речовин збігається з відповідними коефіцієнтами перед цими речовинами в рівнянні реакції.

Контрольні запитання

  • 1. Сформулюйте закон Авогадро.
  • 2. Сформулюйте закон об'ємних відношень газів.

Вправи та задачі

1. Обчисліть об'єм карбон(ІV) оксиду, який утворився внаслідок спалювання 400 мл бутану (об'єми речовин вимірювали за нормальних умов).

2. Обчисліть об'єм кисню, необхідний для спалювання 500 м3 етину (об'єми газів вимірювали за нормальних умов).

3. Обчисліть об'єм кисню, необхідний для спалювання 600 мл суміші пропану й азоту, якщо об'ємна частка пропану в ній становить 40 % (об'єми газів вимірювали за однакових умов).

4. Який об'єм етану може повністю згоріти в 1400 мл кисню (н. у.).

5. Обчисліть об'єм карбон(ІV) оксиду, який утворився внаслідок спалювання 4 м3 суміші етану й метану, у якій об'єми газів відносяться як 1 : 3 (об'єми речовин вимірювали за нормальних умов).

6. Обчисліть об'єм кисню, необхідний для спалювання 1200 мл суміші етину й етану, якщо об'ємна частка етину в ній становить 20 % (об'єми газів вимірювали за однакових умов).

7. Унаслідок спалювання суміші, що містить однакові об'єми метану й етину, одержали 300 л карбон(ІV) оксиду. Який об'єм суміші використали? (об'єми газів вимірювали за однакових умов).

8*. Унаслідок спалювання суміші, що містить однакові об'єми азоту, етену і бутану, одержали 1200 м3 карбон(ІV) оксиду. Який об'єм суміші використали? (об'єми газів вимірювали за однакових умов).

9. Визначте об'єм хлору, що прореагував з воднем, якщо утворилось 8 м3 гідроген хлориду (усі вимірювання виконано за нормальних умов).

10. Чи вистачить 300 мл водню для реакції з 0,4 л хлору?

11. Чи вистачить 0,5 м3 кисню на повне згоряння 300 л метану?

12. Чи вистачить 6 л кисню на повне згоряння 6 л пропену? Цю реакцію описують рівнянням:

3Н6 + 9O2 → 6СО2 + 6Н2O