ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 6
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 6. Закон Авогадро как один из основных законов химии

Что общего у равных объёмов газов и как относительная плотность даёт молярную массу?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Что общего у равных объёмов газов и как относительная плотность даёт молярную массу?

Исследуем вместе

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.

01

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.

  1. Определение

    Vₘ = V/n

  2. Нормальные условия

    0 °C; 101,325 кПа

  3. 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.

02

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
Как это понимать

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.

Модель молекулы кислорода O₂

Два атома O образуют молекулу простого вещества O₂.

Adam Rędzikowski · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.

03

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 задачеКак считатьЧто проверить
Газ → газОбъёмы относятся как коэффициентыОдинаковые температура и давление
Газ → твёрдое веществоV/Vₘ → моли по коэффициентам → nMГазовые условия и молярную массу продукта
Газ → жидкая водаПерейти 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.

04

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.

Наглядное объяснение

Плотность газа раскрывает молярную массу

Dᵧ(X) = M(X) / M(Y)

Плотность газа раскрывает молярную массуDᵧ(X) = M(X) / M(Y)1Сравнение с H₂M(Y) ≈ 2 г/моль2Дано D = 22Искомый газ в 22 раза плотнееH₂3Находим M(X)22 × 2 = 44 г/моль

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.

Соберём главное

Шесть выводов

01Молярный объём газа зависит от температуры и давления. Значение 22,4 л/моль используют для нормальных условий курса.
02Объём газа переводят в количество с помощью Vₘ. Условия измерения объёма являются частью исходных данных.
03Объёмное отношение коэффициентов работает для газов при одинаковых условиях. Агрегатное состояние продукта ограничивает этот приём.
04Относительная плотность газов связывает их молярные массы. По найденной молярной массе вещество не всегда определяется однозначно.
05Одинаковые условия позволяют сравнивать количества газов по объёмам. Это правило не переносят на жидкости и твёрдые вещества.
06Литры и кубические дециметры равны по величине. Кубические метры перед расчётом переводят в согласованные единицы.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Как найти n газа по V при н. у.?
2. Сколько моль в 11,2 л газа при н. у.?
3. Как найти V по n?
4. Каков объём 0,25 моль газа при н. у.?
5. Что необходимо уточнить перед использованием 22,4 л/моль?
6. Сколько молекул в 22,4 л O₂ при н. у.?
7. D по H₂ равно 22; M газа равна…
8. Что нужно для сравнения плотностей по молярным массам?
9. Почему M = 44 не определяет газ однозначно?
10. В реакции 2H₂ + O₂ → 2H₂O для газовых реагентов V(H₂):V(O₂) при одинаковых условиях…

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
↑

Загрузка прогресса…