Хімія. 9 клас. Лашевська

§ 26. Відношення об'ємів газів у хімічних реакціях

Після опрацювання параграфа ви зможете обчислювати відношення об’ємів газів у хімічних реакціях.

Відношення об’ємів газів у хімічних реакціях вивчало чимало науковців. Адже вимірювати об’єми газів набагато простіше, ніж їхні маси. Приміром, А. Л. Лавуазьє (рис. 26.1) робив спроби визначити співвідношення між об’ємами водню та кисню в реакції синтезу води. К. Л. Бертолле (рис. 26.2) вивчав співвідношення між об’ємами водню й азоту в реакції розкладання амоніаку - леткої сполуки Нітрогену з Гідрогеном.

Рис. 26.1. Лавуазьє Антуан Лоран (1743-1794). Французький хімік. Автор кисневої теорії горіння, один з авторів нової хімічної номенклатури. Відкрив закон збереження маси, запропонував перший перелік хімічних елементів. Автор підручника «Елементарний курс хімії». З’ясував роль кисню у процесах горіння, окиснення й дихання. Один із засновників термохімії

Рис. 26.2. Бертолле Клод Луї (1748-1822). Французький хімік, засновник вчення про хімічну рівновагу. Розробив (разом з Лавуазьє та ін.) нову хімічну номенклатуру. Установив склад амоніаку, природного газу, синильної кислоти, сірководню. Відкрив (1785) калій хлорат, названий згодом бертолетовою сіллю

Жозеф Луї Гей-Люссак (рис. 26.3) і Олександр фон Гумбольдт (рис. 26.4) 1805 р. вивчали співвідношення об’ємів газів у хімічних реакціях і дослідним шляхом установили, що в реакції синтезу води з простих речовин об’єм водню вдвічі більший за об’єм кисню й дорівнює об’єму продукту реакції - водяної пари (рис. 26.5).

Рис. 26.3. Гей-Люссак Жозеф Луї (1778-1850). Французький фізик і хімік. У 1805 р. разом з О. Гумбольдтом установив склад води, показавши, що співвідношення числа атомів Гідрогену й Оксигену в її молекулі становить 2 : 1. У 1808 р. Гей-Люссак відкрив закон об’ємних відношень, який представив на засіданні Філософсько-математичного товариства

Рис. 26.4. Гумбольдт Олександр фон (1769-1859). Німецький натураліст і географ. Його спільна з Ж.Л. Гей-Люссаком робота про гази - вагомий внесок у розвиток уявлень про атоми й молекули

Ж. Л. Гей-Люссак продовжив вивчення відношень об’ємів газів у хімічних реакціях. Здобуті експериментальні дані науковець узагальнив у законі об’ємних відношень: за однакових умов об’єми газуватих речовин у хімічних реакціях співвідносяться між собою як невеликі цілі числа. Результати дослідження він опублікував 1808 р. у статті «Про сполучення газуватих тіл одне з одним».

Згодом виявилося, що ці «невеликі цілі числа» - не що інше, як коефіцієнти в рівняннях хімічних реакцій за участю газуватих речовин. Ви, звичайно, пам’ятаєте, що коефіцієнти в хімічних рівняннях показують співвідношення між кількостями речовин реагентів і продуктів реакції. Спробуймо пояснити це з огляду на закон Авогадро (пригадайте його формулювання).

Хімічне рівняння описує одиничний акт реакції. Наприклад, в одиничному акті синтезу води беруть участь дві молекули водню й одна молекула кисню. Продукт їхньої взаємодії - дві молекули води. За якої умови обидва реагенти витратяться повністю? Потрібно, щоб кількість молекул водню була вдвічі більша за кількість молекул кисню. Оскільки в рівних об’ємах різних газів за однакових умов містяться однакові кількості молекул, можна стверджувати, що об’єм водню в реакції має вдвічі перевищувати об’єм кисню. Об’єм продукту реакції - водяної пари - дорівнюватиме об’єму водню й буде вдвічі більший за об’єм кисню (рис. 26.5).

Рис. 26.5. 1. Водень. 2. Кисень. 3. Водяна пара

Дослідження Гей-Люссака та відкриті ним закономірності стали вагомим внеском у розвиток уявлень про атоми й молекули. Зокрема, зроблено висновки про те, що молекули водню, кисню, азоту, хлору тощо - двохатомні. Якби, наприклад, молекули водню й хлору були одноатомними, то об’єм утвореного гідроген хлориду мав би бути такий самий, як об’єм водню (або хлору). Експериментально було визначено, що об’єм гідроген хлориду вдвічі більший за об’єм кожного з реагентів, тобто рівняння реакції таке:

Н2 + Сl2 = 2НСl

Розв’яжімо задачу. Для синтезу гідроген хлориду взято хлор об’ємом 5 л і водень об’ємом 8 л. Визначте об’ємний склад (л) газової суміші, яка утвориться після реакції (об’єми газів виміряно за однакових умов).

Цю задачу розв’яжемо усно, використавши наведене в параграфі хімічне рівняння синтезу гідроген хлориду. З нього очевидно, що з хлором об’ємом 5 л прореагує водень такого самого об’єму. Тобто водень об’ємом 3 л не братиме участь у реакції. Об’єм утвореного гідроген хлориду буде вдвічі більшим за об’єм хлору і становитиме 10 л. Газова суміш після закінчення реакції міститиме гідроген хлорид об’ємом 10 л і водень об’ємом 3 л.

Уміння визначати відношення об’ємів газів під час обчислень за хімічними рівняннями знадобиться вам у подальшому вивченні органічних і неорганічних речовин. У промисловості та лабораторних умовах ці вміння необхідні для розрахунків об’ємів реагентів і продуктів реакцій.

• Складіть алгоритм, за яким розв’язують розрахункові задачі на обчислення об’ємних відношень газів за хімічними рівняннями.

Застосувати складений вами алгоритм зможете на наступному уроці (і не лише) під час вивчення горіння вуглеводнів.

ПРО ГОЛОВНЕ

• За однакових умов об’єми газуватих речовин у хімічних реакціях співвідносяться між собою як невеликі цілі числа. Ці числа - коефіцієнти перед формулами речовин у хімічних реакціях.

• Дослідження Гей-Люссака та відкриті ним закономірності стали вагомим внеском у розвиток уявлень про атоми й молекули.

Перевірте себе

1. Як співвідносяться об’єми газуватих речовин у хімічних реакціях? 2. Як за хімічним рівнянням визначити співвідношення між об’ємами газуватих реагентів і продуктів реакції? 3. Для чого потрібне вміння визначати відношення об’ємів газів у хімічних реакціях?

Застосуйте свої знання й уміння

4. Обчисліть об’єм (л) водню, який прореагував з киснем об’ємом 4 л (об’єми газів виміряно за однакових умов).

5. Обчисліть об’єм (л) водяної пари, що утворилася внаслідок реакції водню об’ємом 7 л з достатньою кількістю кисню (об’єми газів виміряно за однакових умов).

6. Обчисліть об’єм водню, який прореагував з достатньою кількістю азоту, якщо внаслідок реакції утворився амоніак - найпростіша летка сполука Нітрогену з Гідрогеном - об’ємом 20 л (об’єми газів виміряно за однакових умов).

7. Обчисліть об’єм водню, який прореагував з вуглецем, якщо внаслідок реакції утворився метан об’ємом 10 л (об’єми газів виміряно за однакових умов).

8. Для синтезу гідроген хлориду взято хлор об’ємом 0,4 л і водень об’ємом 0,2 л. Визначте об’ємний склад газової суміші, яка утвориться після реакції (об’єми газів виміряно за однакових умов).

9. Унаслідок реакції етину з воднем утворився етан об’ємом 12 л. Обчисліть об’єми (л) водню та етину, які прореагували (об’єми газів виміряно за однакових умов).

Творча майстерня

10. Роздивіться марку, зображену на рисунку 26.6. Дізнайтеся, якій події вона присвячена. Підготуйте повідомлення про життя й наукові здобутки вченого, зображеного на марці.

Рис. 26.6