Объём газа превращается в число молекул
Выбери вещество и двигай ползунок. Все связанные величины пересчитываются вместе; под схемой объясняется каждый переход.
Для газа: 0 °C и 101,325 кПа; Vₘ ≈ 22,4 л/моль.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
У газов есть молярный объём
Молярный объём Vₘ равен V/n. В приближении идеального газа при одинаковых температуре и давлении равные количества разных газов занимают одинаковые объёмы. При этом их массы могут сильно различаться.
- Определение
Vₘ = V/n
- Нормальные условия
0 °C; 101,325 кПа
- Учебное значение
Vₘ ≈ 22,4 л/моль
Для нормальных условий в этом курсе принимают 0 °C и 101,325 кПа, а Vₘ ≈ 22,4 л/моль. Это значение относится к газам при указанных условиях. Для жидкости или газа при другой температуре его автоматически применять нельзя.
Молярный объём газа зависит от температуры и давления. Значение 22,4 л/моль используют для нормальных условий курса.
Объём газа переводим в моли
Для газа при известных условиях n = V/Vₘ. При нормальных условиях курса Vₘ ≈ 22,4 л/моль. В 11,2 л O₂ находится 0,5 моль молекул, а в 44,8 л — 2 моль.
- Формула
- n = V/Vₘ
- Подстановка
- n(O₂) = 11,2 л / 22,4 л/моль
- Ответ
- 0,5 моль O₂
Правило одинаково для разных газов в приближении идеального газа. Но равенство количеств при равных объёмах относится только к одинаковым температуре и давлении. Нельзя сравнить литр сильно сжатого газа с литром газа при атмосферном давлении без поправок.
Объём газа переводят в количество с помощью Vₘ. Условия измерения объёма являются частью исходных данных.
Состав земной атмосферы
Состав воздуха показывает, почему его относят к смесям; в тексте используется округление 78 : 21 : 1.
Dbc334 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы кислорода O₂
Два атома O образуют молекулу простого вещества O₂.
Adam Rędzikowski · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Газовые объёмы могут сократить решение
Для реакции 2CO + O₂ → 2CO₂ отношение объёмов CO₂ и израсходованного O₂ равно 2 : 1 при одинаковых условиях. Если израсходовано 10 л O₂, образуется 20 л CO₂ при тех же условиях.
| Переход в задаче | Как считать | Что проверить |
|---|---|---|
| Газ → газ | Объёмы относятся как коэффициенты | Одинаковые температура и давление |
| Газ → твёрдое вещество | V/Vₘ → моли по коэффициентам → nM | Газовые условия и молярную массу продукта |
| Газ → жидкая вода | Перейти к молям и найти массу через M(H₂O) | 22,4 л/моль не относится к жидкости |
Такой путь допустим, потому что сравниваются газы. Для жидкого продукта или твёрдого реагента нужно вернуться к молям. Если вода после горения охладилась и сконденсировалась, её объём нельзя приравнивать к коэффициенту в газовой пропорции.
Объёмное отношение коэффициентов работает для газов при одинаковых условиях. Агрегатное состояние продукта ограничивает этот приём.
Относительная плотность определяет молярную массу
При одинаковых температуре и давлении плотность идеального газа пропорциональна молярной массе: ρ = M/Vₘ. Относительная плотность газа X по газу Y равна Dᵧ(X) = ρ(X)/ρ(Y) = M(X)/M(Y). Это безразмерное отношение, потому что единицы плотности сокращаются.
Плотность газа раскрывает молярную массу
Dᵧ(X) = M(X) / M(Y)
Температура и давление у сравниваемых газов одинаковы. M = 44 г/моль ещё не определяет вещество однозначно.
Если D по водороду равно 22, молярная масса X равна 22 × 2 = 44 г/моль. По одной этой массе нельзя однозначно назвать газ: CO₂ и N₂O имеют одинаковую округлённую M. По воздуху используют среднюю молярную массу около 29 г/моль; одинаковые условия сравнения обязательны. Дополнительный пример: для 2H₂(г) + O₂(г) → 2H₂O(г) объёмное отношение газов при одних условиях равно 2:1:2. После охлаждения вода может сконденсироваться, и её жидкий объём уже не подчиняется этому отношению. Значение Vₘ = 22,4 л/моль относится к школьным нормальным условиям 0 °C и примерно 101,3 кПа; его нельзя без оговорки использовать при комнатной температуре.
Подробности: понятия и примеры
- Отношение
- Dᵧ(X) = M(X) / M(Y)
- По водороду
- M(X) = D × 2 г/моль
- По воздуху
- M(X) ≈ D × 29 г/моль
- Пример
- 22 × 2 = 44 г/моль
Относительная плотность газов связывает их молярные массы. По найденной молярной массе вещество не всегда определяется однозначно.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 6. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 06. Закон Авогадро.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e