Хімія. 8 клас. Лашевська

§ 18. Молярний об'єм газів

Кумедно, коли твій розум намагається осмислити хаос.

Чак Паланик

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • назвати молярний об’єм газів за нормальних умов;
  • встановити взаємозв’язок між фізичними величинами - масою, молярною масою, об’ємом, кількістю речовини;
  • обчислювати об’єм газу за нормальних умов.

Які особливості газуватого стану речовин? Дещо про це вам відомо з курсів природознавства та фізики. Рисунок 18.1 допоможе пригадати, що характерною особливістю газуватого стану є те, що частинки газу не утримуються вкупі. Вони вільно рухаються в об’ємі, значно більшому за об’єм самих частинок. Тобто проміжки між молекулами газу дуже великі, а зв’язки між ними - слабкі.

Рис. 18.1. Агрегатні стани речовини: 1 - газуватий, 2 - рідкий, 3 - твердий

Цікаво і пізнавально

Слово «газ» (нід. Gas, від давньогрец. χάος) було придумано на початку XVII століття фламандським натуралістом Я.Б. ван Гельмонтом (рис. 18.2) для позначення отриманого ним «мертвого повітря» (вуглекислого газу). Гельмонт зазначав: «Таку пару я назвав газом, тому що він майже не відрізняється від хаосу древніх».

Рис. 18.2. Гельмонт Ян Баптиста ван (1580-1644) - знаменитий фізіолог і хімік. Завдяки йому наука збагатилася такими поняттями, як «газ», «ферменти» тощо. У своїх дослідженнях велику увагу приділяв процесу травлення і його впливу на здоров’я тварини і людини

Як відміряти кількість газуватої речовини. У хімічних розрахунках замість мас газуватих реагентів і продуктів зручніше використовувати їхні об’єми. Щоб відрахувати певне число структурних одиниць газуватої речовини, потрібно знати, як взаємопов’язані кількість речовини, число структурних одиниць у ній та її об’єм.

Порція будь-якої речовини кількістю 1 моль містить 6,02 · 1023 частинок і має не лише певну масу (пригадайте, як її називають), а й певний об’єм (рис. 18.3).

Рис. 18.3. Порції речовин кількістю 1 моль мають різні об’єми. 1. Меркурій(ІІ) оксид. 2. Сахароза. 3. Сірка. 4. Мідний купорос. 5. Натрій хлорид. 6. Мідь

Молярний об’єм - об’єм речовини кількістю 1 моль.

Молярний об’єм позначають латинською літерою Vm. Його можна визначити як відношення об’єму V порції речовини X до її кількості n у цій порції:

Пригадайте одиниці вимірювання об’єму та кількості речовини.

Аналізуючи формулу, за якою обчислюють молярний об’єм, легко дійти таких висновків:

  • одиниця вимірювання молярного об’єму - л/моль;
  • існує пряма пропорційна залежність між об’ємом речовини та її кількістю:

Скорочено ці співвідношення можна представити схемою, зображеною на рисунку 18.4.

Рис. 18.4. Взаємозв’язок між об’ємом речовини, її кількістю та молярним об’ємом.

Завдання. Порівняйте схеми на рисунках 16.1, 17.1, 18.4. Визначте, який спільний елемент вони мають

Як обчислити молярний об’єм речовини. Кожна речовина має певну молярну масу (пригадайте, як її обчислюють за хімічною формулою речовини) й молярний об’єм. Ви, звичайно, пам’ятаєте з курсів природознавства й фізики формулу, яка відбиває взаємозв’язок між масою та об’ємом речовини:

Для речовини кількістю 1 моль ця формула матиме такий вигляд:

Відповідно,

Обчислімо, наприклад, молярний об’єм води за нормальних умов (t = 0 °С; Р = 105 Па):

Для твердих речовин і рідин молярні об’єми мають різні значення, а об’єми газуватих речовин за однакових умов - дуже близькі значення.

За нормальних умов молярний об’єм будь-якого газу становить 22,4 л/моль.

Цікаво і пізнавально

Об’єм 22,4 л - це багато чи мало? Такий об’єм у куба з довжиною ребра 28,2 см. Або сумарний об’єм чотирьох футбольних м’ячів стандарту FIFA (Міжнародна федерація футбольних асоціацій). Сувенір Американського хімічного товариства - пляжний м’яч об’ємом 22,4 л (рис. 18.5).

Рис. 18.5.

Власне, величина 22,4 л/моль є молярним об’ємом ідеального газу за нормальних умов. Молярні об’єми реальних газів тією або іншою мірою відхиляються від неї (рис. 18.6). Наприклад, об’єм амоніаку NH3кількістю речовини 1 моль дорівнює 22,08 л.

Рис. 18.6. Молярні об’єми деяких реальних газів за нормальних умов. 1. Амоніак. 2. Аргон. 3. Вуглекислий газ. 4. Хлор. 5. Метан. 6. Азот. 7. Водень. 8. Гелій.

Завдання. Обчисліть густину амоніаку за нормальних умов

Отже, тепер ви знаєте, як взаємопов’язані кількість газуватої речовини та її об’єм. Ці знання й уміння знадобляться вам під час розв’язування розрахункових задач. Пам’ятайте, що ви можете використати схеми на рисунках 16.1, 17.1, 18.4 як своєрідні алгоритми. Розгляньмо приклади.

Задача 1. Обчисліть об’єм (л) азоту N2 (н. у.) кількістю речовини 5 моль.

Задача 2. Обчисліть кількість речовини (моль) озону O3 об’ємом 448 л (н. у.).

Задача 3. Обчисліть молярні об’єми (н. у.) водню Н2, густина якого становить 0,0899 г/л, та кисню, густина якого становить 1,429 г/л. Визначте середнє значення молярного об’єму газів.

Задача 4. У повітряній кульці міститься водень масою 0,5 г. Обчисліть об’єм (л) газу (н. у.) та кількість його молекул у цій порції.

Задача 5. Обчисліть об’єм (л), масу (г) та число молекул у порції метану СН4 кількістю речовини 0,2 моль (н. у.).

ПРО ГОЛОВНЕ

• Молярний об’єм - об’єм речовини кількістю 1 моль.

• Молярний об’єм позначають латинською літерою V. Його можна визначити як відношення об’єму V порції речовини X до її кількості n у цій порції.

• Одиниця вимірювання молярного об’єму - л/моль.

• Існує пряма пропорційна залежність між об’ємом V речовини X та її кількістю n.

• У твердих речовин і рідин молярні об’єми мають різні значення, натомість об’єми газуватих речовин за однакових умов мають дуже близькі значення.

• За нормальних умов (t = 0 °С; Р = 105 Па) молярний об’єм будь-якого газу становить 22,4 л/моль.

Перевірте себе

1. Що таке молярний об’єм газів? Як його позначають? 2. Яка одиниця вимірювання молярного об’єму? 3. Який молярний об’єм газів за нормальних умов? 4. Які умови називають нормальними? 5. Який взаємозв’язок між фізичними величинами - масою, молярною масою, об’ємом, кількістю речовини?

Застосуйте свої знання й уміння

  • 1. Обчисліть об’єм (n) кисню (н. у.) кількістю речовини 2,5 моль.
  • 2. Розгляньте схему й назвіть фізичну величину, яка є спільною для її елементів.

  • 3. У кисневій подушці міститься кисень об’ємом 6,72 л (н. у.). Обчисліть кількість речовини (моль) кисню та його масу (г).
  • 4. Досліджуючи дихання рослин, французький ботанік і фармацевт Л. Гарро з’ясував, що 12 бруньок бузку виділили протягом доби вуглекислий газ об’ємом 0,07 л (н. у.). Обчисліть масу (г) вуглекислого газу, який виділили бруньки бузку.
  • 5. Французький хімік, один з фундаторів наукової агрохімії, Ж.Б. Буссенго виявив, що листкова поверхня площею 1 дм2 лавровишні й олеандра під час фотосинтезу поглинає на світлі за одну годину в середньому вуглекислий газ об’ємом 5,28 см3 (н. у.). Обчисліть кількість речовини вуглекислого газу та його масу (г), які можуть бути поглинуті листковою поверхнею (площею 10 дм2) цих рослин за 5 годин.
  • 6. Прилад «Кисневий концентратор» призначений для індивідуальної кисневої терапії та для створення сприятливого клімату в приміщеннях. Він виробляє 4 л/хв кисню. Обчисліть кількість речовини (моль) та масу (г) кисню, який (за н. у.) виробить цей прилад за годину.
  • 7. Молярна маса газу дорівнює 36,5 г/моль. Обчисліть масу (г) цього газу об’ємом 4,48 л (н. у.).

Творча майстерня

1. Щоб гарантувати гравцям усього світу однаковий рівень функціональних характеристик м’ячів, FIFA встановила стандарти якості. Відповідно до них, зокрема, незмінна довжина окружності м’яча є важливим чинником, який забезпечує оптимальний контроль під час дриблінгу й ведення м’яча. Згідно зі стандартом FIFA, довжина окружності м’яча має дорівнювати 68,5-69,5 см. Дізнайтеся з доступних джерел інформації (за потреби проконсультуйтеся з учителем математики), як пов’язані: а) радіус окружності та її довжина; б) об’єм кулі та її радіус. Обчисліть об’єм футбольного м’яча й визначте, чи достовірною є інформація, наведена в рубриці «Цікаво і пізнавально».

2. Виготовте з доступних матеріалів модель молярного об’єму газів (н. у.).

Дізнайтеся більше:

http://www.sciencegeek.net/Chemistry/taters/Unit7MolarVolume.htm

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/0ab6807b-4185-11db-b0de-0800200c9a66/ch08_16_01.jpg

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/0ab6807e-4185-11db-b0de-0800200c9a66/ch08_16_04.swf

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/0ab6807f-4185-11db-b0de-0800200c9a66/ch08_16_05.swf

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/0ab68080-4185-11db-b0de-0800200c9a66/ch08_16_06.swf

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/0ab6a780-4185-11db-b0de-0800200c9a66/ch08_16_07.swf

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/0ab6a781-4185-11db-b0de-0800200c9a66/ch08_16_08.swf