Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 26. Молярний об’єм газів. Закон Авогадро. Обчислення з його використанням

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • дізнатися про молярний об'єм газів за нормальних умов;
  • установлювати взаємозв'язок між фізичними величинами (масою, молярною масою, молярним об'ємом, кількістю речовини);
  • обчислювати об'єм певної маси або кількості речовини газу за нормальних умов.

Як вам відомо, речовини можуть перебувати у твердому, рідкому й газоподібному агрегатних станах. Особливості газоподібного стану полягають у тому, що між молекулами, які є структурними частинками газів, відстані в тисячі разів більші, ніж відстані між структурними частинками рідкої, а тим більше — твердої речовини.

ПОРІВНЯННЯ ОБ'ЄМІВ РЕЧОВИН РІЗНИХ АГРЕГАТНИХ СТАНІВ КІЛЬКІСТЮ РЕЧОВИНИ 1 МОЛЬ. Один моль води за кімнатної температури й нормального атмосферного тиску займає об'єм 18 мл (приблизно 1 столова ложка). Порівняно з цим об'ємом, об'єм 1 моль дрібнокристалічного натрій хлориду втричі більший, а об'єм 1 моль цукру — майже у 20 разів більший (мал. 37). А щоб розмістити за тих самих умов азот кількістю речовини 1 моль, потрібна посудина майже в 1240 разів місткіша за столову ложку!

Мал. 37. Порівняння об'ємів води (а), натрій хлориду (б), цукру (в) кількістю речовини 1 моль

Розгляньте малюнок 37 і переконайтеся, що різниця об'ємів рідини води та твердої речовини натрій хлориду або цукру є помітною, проте не настільки великою, як в азоту.

МОЛЯРНИЙ ОБ'ЄМ ГАЗІВ. Обчислимо, чому дорівнює об'єм азоту (у літрах) кількістю речовини 1 моль та деяких інших газів. Для цього скористаємося такою відомою вам фізичною характеристикою речовини, як густина (ρ), та формулою для її визначення:

Оскільки тиск і температура суттєво впливають на об'єм газів, для проведення обчислень оберемо однакові температуру (0 °С) і тиск (1 атм, або 101,3 кПа).

Температура 0 °С і тиск 101,3 кПа дістали назву нормальні умови. Нормальні умови скорочено позначають першими літерами з крапкою після кожної в круглих дужках — (н.у.).

Обчислення об'єму азоту кількістю речовини 1 моль розпочнемо зі знаходження його відносної молекулярної маси:

Mr(N2) = 2 · 14 = 28.

Як ви знаєте, молярна маса речовини дорівнює відносній молекулярній, тому

Отже, азот кількістю речовини 1 моль за нормальних умов займає об'єм 22,4 л. Зауважимо, що обчислений за інших умов, об'єм матиме інші значення. Так, за температури 20 °С (кімнатної температури) і тиску 101,3 кПа він дорівнюватиме 24 л, а за температури 100 °С і за цього самого тиску — 30,6 л.

Попрацюйте групами

Обчисліть молярний об'єм кисню за нормальних умов, якщо його густина дорівнює 1,429 г/л.

Правильно виконані вами всі записи і математичні дії матимуть результат 22,4 — л/моль (округлено).

Якби ви продовжили обчислювати за нормальних умов молярний об'єм інших газів, то здобули б значення, близькі до 22,4 л (мал. 38).

Мал. 38. Об'єм 1 моль газоподібних речовин

Однією з величин, що характеризує будь-яку газоподібну речовину за нормальних умов, є її молярний об'єм (Vm). Молярний об'єм газоподібної речовини за нормальних умов записують Vm, і він дорівнює приблизно 22,4 л/моль.

Виходячи з того, що молярні об'єми різних газів за однакових умов однакові, обчисліть усно об'єм 2 моль кожного із зазначених на малюнку 40 газів і здобудьте ще одне підтвердження зробленого висновку.

ЗАКОН АВОГАДРО. На початку ХІХ ст. Амедео Авогадро дійшов висновку, що в рівних об'ємах різних газів за однакових умов (температури і тиску) міститься однакове число молекул.

Ця закономірність увійшла в історію науки як закон Авогадро.

Закон Авогадро формулюється так: у рівних об'ємах різних газів за однакових умов (температури й тиску) міститься однакове число молекул.

Ви вже знаєте, що за нормальних умов 1 моль газу займає об'єм 22,4 л і кількість молекул у ньому дорівнює 6,02 · 1023.

Звідси, якщо порції різних газів за однакових умов містять однакову кількість речовини, то вони займатимуть рівні об'єми.

Ви, очевидно, звертали увагу на те, що найуживанішою фізичною величиною для рідин є об'єм, тоді як для твердих речовин — маса. Це тому, що тверді речовини зберігають свою форму, а рідини — ні (вони набувають форми посудини, у якій містяться). У цьому відношенні гази подібні до рідин, оскільки власної форми в них теж немає.

ОБЧИСЛЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ МОЛЯРНОГО ОБ'ЄМУ ГАЗІВ. Якщо відома кількість речовини в порції газу, то завдяки молярному об'єму легко обчислити її об'єм і навпаки.

Приклад 1. Обчислити об'єм азоту кількістю речовини 0,5 моль.

Попрацюйте групами

Ознайомтеся з умовою та розв'язанням прикладу 2.

Приклад 2. Чому дорівнює кількість речовини карбон(ІІ) оксиду в порції об'ємом 112 л (н.у.)?

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Уявний експеримент. Дві посудини однакової маси та об'єму заповнили киснем і вуглекислим газом і кожну щільно закрили притертими пробками.

Завдання. Як, не відкриваючи посудин, можна довести, у якій із них міститься кисень, а в якій — вуглекислий газ?

Стисло про основне

• Нормальні умови (н.у.) — температура 0 °С і тиск 101,3 кПа.

• Порція будь-якого газу кількістю речовини 1 моль за нормальних умов займає об'єм 22,4 л.

• Об'єм 1 моль будь-якого газу речовини дістав назву молярного об'єму, що позначається Vm.

• Італійський учений Амедео Авогадро відкрив закон, названий на його честь законом Авогадро: у рівних об'ємах різних газів за однакових температури і тиску міститься однакове число молекул.

• Для обчислення об'єму порції газу потрібно кількість речовини в цій порції помножити на молярний об'єм: V = v · Vm.

• Густину газів обчислюють за формулою

Сторінка ерудита

Усі три формули широко використовуються в хімічній практиці для газоподібних речовин. Наприклад, якщо у формулу 1 підставити значення об'єму відомої речовини, то відразу обчислимо масу порції цієї речовини.

Якщо ж у формулу 2 підставити значення маси порції відомої речовини, то обчислимо об'єм цієї порції за нормальних умов.

Молярну масу невідомої речовини можна обчислити за допомогою однієї дії за формулою 3. Для цього потрібно знати масу та об'єм порції речовини.

Знаємо, розуміємо

1. Що розуміють під молярним об'ємом газів? Які умови дістали назву нормальних?

2. Дослідіть за малюнком 38, який об'єм займають різні гази (н.у.) кількістю речовини 1 моль.

3. Дослідіть за малюнком 38, який об'єм займає 1 моль будь-якої газоподібної речовини за нормальних умов.

Застосовуємо

81. Обчисліть молярний об'єм водню за нормальних умов, якщо його густина дорівнює 0,089285 г/л.

82. Яка кількість речовини кисню, виміряного за нормальних умов, міститься в посудині об'ємом 56 л?

83. Який об'єм за нормальних умов займає порція вуглекислого газу масою 88 г?

84. Який об'єм (н.у.) займає порція азоту, що містить 24,08 · 1023 атомів?

85. Поміркуйте, більший чи менший об'єм займе кисень кількістю речовини 1 моль за температури 40 °С, ніж за нормальних умов.