Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 27. Відносна густина газів. Обчислення з використанням відносної густини газів

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • давати визначення відносної густини газів;
  • розрізняти густину речовини та відносну густину газів;
  • обчислювати відносну густину газу за іншим газом.

Під час вивчення речовин та явищ не обійтися без порівнянь. Їх здійснюють за різними характеристиками — масою, розмірами, зарядами структурних частинок, фізичними чи хімічними властивостями тощо. Ви вже ознайомлені з такою фізичною величиною, як густина (або її ще називають дійсна густина), яку позначають р. Вона є характеристикою речовини, що кількісно визначається відношенням маси до об'єму в абсолютно щільному стані (без урахування пор, тріщин).

ВІДНОСНА ГУСТИНА ГАЗІВ. Для газів досить уживаною ознакою порівняння є не дійсна, а відносна густина газів (позначається літерою латинського алфавіту D, вимовляється «де»).

Відносна густина одного газу за іншим газом (D) — це відношення густини одного газу (ρ1) до густини іншого газу (ρ2), виміряних за однакових умов:

Оскільки густина — це маса одного об'єму речовини, а молярний об'єм усіх газів за нормальних умов однаковий — 22,4 л, робимо висновок про те, що густини газів відносяться між собою, як їх молярні маси. Вам відомо, що молярні маси чисельно дорівнюють відносним молекулярним масам речовин. Звідси відносна густина газів може бути обчислена за формулою:

де Mr1 — відносна молекулярна маса одного газу; Mr2 — відносна молекулярна маса іншого газу, за яким визначають густину.

Внизу справа після літери D пишуть формулу газу, відносно якого обчислюють густину іншого газу. Наприклад, густина за воднем позначається D(H2), густина за киснем — D(O2).

Формула для обчислення відносної густини одного газу за іншим

вказує на те, що потрібно обчислювати відносні молекулярні маси обох газів.

Як і відносна молекулярна маса, відносна густина газу — величина безрозмірна, бо показує, у скільки разів один газ легший або важчий за інший.

ОБЧИСЛЕННЯ ВІДНОСНОЇ ГУСТИНИ ОДНОГО ГАЗУ ЗА ІНШИМ. Відносну густину газів можна обчислювати за будь-яким газом — воднем, киснем (мал. 39), вуглекислим газом тощо, а також за газоподібними сумішами. Найчастіше її обчислюють за воднем і повітрям. Якщо говорять про газоподібні суміші речовин, то йдеться про середню відносну молекулярну масу суміші, встановлену на основі обчислення маси суміші за нормальних умов в об'ємі 22,4 л.

Мал. 39. Відносні густини газів: а — метану за повітрям; б — озону за киснем; в — пропану за вуглекислим газом

Середня відносна молекулярна маса повітря за нормальних умов дорівнює 29.

Це означає, що порція повітря об'ємом 22,4 л за нормальних умов має масу 29 г.

ОБЧИСЛЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ВІДНОСНОЇ ГУСТИНИ ГАЗІВ.

Приклад 1. Обчислити відносну густину кисню за воднем (DH2).

Щоразу, обчислюючи відносну густину газу за воднем, у знаменнику доводиться записувати число 2 (саме такою є відносна молекулярна маса цієї речовини). Тому формулу для обчислення відносної густини газів за воднем подають у зазначеному вигляді.

На практиці найчастіше виникає потреба в обчисленнях відносної густини газу за повітрям.

Оскільки відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29, то обчислення відносної густини за повітрям здійснюють за поданою формулою.

Звідси: Mr = Dпов · 29.

Пригадайте! У 7 класі ви вивчали добування й збирання кисню. Поміркуйте, як треба розташовувати посудину для збирання газуватої речовини, легшої за повітря, щоб зібрати її способом витіснення повітря.

Приклад 2. Обчислити відносну густину кисню за повітрям (Dпов).

Як бачимо, кисень дещо важчий за повітря, тому для його збирання витісненням повітря посудину розташовують донизу дном.

Приклад 3. Обчислити відносну густину водню за повітрям (Dпов).

У розглянутих прикладах кисень важчий за водень та повітря, тоді як водень легший за повітря. Ці та інші приклади доводять: якщо відносна густина газу більша за одиницю, він важчий, ніж той, з яким його порівнюють. І навпаки, якщо одержана величина менша від одиниці, газ легший, ніж той, з яким його порівнюють.

Похідними формули відносної густини газів є такі формули:

Приклад 4. Бінарна сполука Нітрогену з Гідрогеном має густину за воднем 8,5. Установити хімічну формулу речовини, якщо масова частка Нітрогену в речовині дорівнює 82 %.

Стисло про основне

• Відносна густина газів — це безрозмірна величина, що показує, у скільки разів один газ важчий або легший за інший.

• Для обчислення відносної густини газу відносну молекулярну чи молярну масу одного газу ділять на відносну молекулярну чи молярну масу іншого газу:

• Густину за повітрям обчислюють за формулою

• За відомою відносною густиною газу можна обчислювати його молярну масу.

• Вибір способу збирання газів витісненням повітря здійснюють на основі результатів обчислення відносної густини газів за повітрям: якщо вона більша за одиницю, то посудину для наповнення газом тримають донизу дном, а якщо менша — догори дном.

Сторінка ерудита

Перенасичення вуглекислим газом є небезпечним для організму людини і тварин. Встановлено: якщо вміст вуглекислого газу в повітрі перевищує 10 %, у живої істоти настає втрата свідомості й навіть смерть.

В Італії існує печера, яку названо «Собачою». До неї не рекомендують заходити із собакою. А все тому, що печера майже наполовину людського зросту заповнена вуглекислим газом.

Обчисліть відносну густину вуглекислого газу за повітрям, і ви зрозумієте, чому людина певний час може безпечно перебувати в цій печері, тоді як для собаки перебування в ній із самого початку є небезпечним.

У «Собачій» печері

Знаємо, розуміємо

1. Що характеризує фізична величина густина?

2. Дайте визначення відносної густини газів. За якою формулою її обчислюють?

3. Що необхідно знати для обчислення відносної густини одного газу за іншим?

4. Обчисліть густину хлору за воднем та повітрям.

5. Учням необхідно було дослідним шляхом добути та зібрати у пробірку нітроген(IV) оксид. Думки учнів щодо способу збирання цього газу розділились. Одні учні вирішили збирати нітроген(IV) оксид, тримаючи пробірку донизу дном, інші — догори дном. Поясніть, хто з них помилявся та чому.

6. Які з перелічених газів підходять для наповнення аеростатів: водень, кисень, гелій, вуглекислий газ? Відповідь поясніть.

7. Зазначте правильне розташування пробірки при збиранні вуглекислого газу. Обґрунтуйте свій вибір.

8. Розгляньте малюнок 39 на с. 144 і поясніть, чому саме так розташовані шальки терезів при зважуванні однакових об'ємів зазначених на малюнках газів. Як, на вашу думку, розташуються шальки терезів, якщо на них помістити кульки однакового об'єму, наповнені:

  • а) повітрям і воднем;
  • б) карбон(ІІ) оксидом і азотом;
  • в) вуглекислим газом і хлором;
  • г) воднем і гелієм?

Застосовуємо

86. Що важче: 1 л кисню чи 1 л чадного газу СО (н.у.)? Відповідь обґрунтуйте.

87. Ми звикли говорити й чути вислови порожня чашка, порожня банка. Чи правильно це? Наскільки важчою є насправді порожня посудина об'ємом 3 л, яку після викачування повітря герметично закрили, від тієї, що стоїть у кімнаті відкритою (н.у.)?