Закон Авогадро и молярный объем газа
(1811 г.)
Газообразное состояние вещества отличается от конденсированного (жидкого и твердого) сравнительно большими расстояниями между молекулами. На одну молекулу газа приходится объем
= = 3,72 10–23 л = 3,72 10–26 м3 =
= 3,72 10–26 (109)3 нм3 = 37,2 нм3
Следовательно, расстояние между молекулами в среднем составляют около = 3,3 нм. Диаметр молекулы (Н2,О2,N2)составляет ~0,2–0,3 нм. Расстояние между молекулами приблизительно в 10 раз больше диаметра молекул, а объем, занимаемый некоторой порцей газа в 1000 раз меньше объема этой порции. Поэтому объем, занимаемый некоторым количеством газообразного вещества, определяется числом молекул в нем, а не размерами самих молекул, как это имеет место в жидкости и кристалле, где молекулы касаются друг друга.
Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул, одинаковое количество (молей) вещества.
Закон справедлив только для газообразных веществ.
Следствия.
1. Одно и то же число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковые объемы.
2. При нормальных условиях (T = 273K, P = 1 атм ( 101,3 кПа)) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.
3) Закон Авогадро позволяет определить М газа, нужно только знать его относительную плотность по другому газу. Относительная плотность показывает, во сколько раз 1 моль одного газа тяжелее (или легче) 1 моля другого газа.
DA(B) = Mr(B) / Mr(A) = M(B) / M(A)
Пример 1. Какой объем водорода при н.у. выделится при растворении 4,8 г магния в избытке соляной кислоты?
Решение.
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2.
При растворении 24 г (1 моль) магния в HCl выделилось 22,4 л (1 моль) водорода; при растворении 4,8 г магния –– Х л водорода.
X = (4,8 • 22,4) / 24 = 4,48 л водорода
Пример 1.
3,17 г хлора занимают объем, равный 1 л (при н.у.). Вычислить по этим данным молярную массу хлора.
Решение.
Находим массу 22,4 л хлора
1 л––3,17 г хлора
22,4 л–– Х г хлора
X = 3,17 • 22,4 = 71 г
Следовательно, молярная масса хлора = 71г/моль.
Пример2. Плотность некоторого газообразного вещества по водороду равна 17. Чему равна его плотность по воздуху (Мвозд.=29).
Решение. D(H2)= Mв-ва / M(H2)
Мв-ва= 2D(H2) = 34г/моль.
Dвозд = = = 34 / 29 = 1,17
Пример3. Определить плотность по воздуху смеси азота, аргона и углекислого газа, если массовые доли компонентов составляют 15, 50 и 35% соответственно.
Решение. Dсмеси(по воздуху) = Mсмеси / Mвозд. = Мсмеси / 29
Mсмеси = (15 28 + 50 40 + 35 44) / 100 = (420 + 2000 + 1540) / 100 = 39,6г/моль.
Dсмеси(по воздуху) = Mсмеси / 29 = 39,6 / 29 = 1,37
Пример4.М газа можно определить, зная плотность г/л и умножить на 22,4 л.
Если плотность Н2 при н.у. r(Н2) = 0,089 г/л, то его молярная масса М(Н2) = rV. M = 0,089 г/л × 22,4 л/моль = 2 г/моль
Газовые законы строго выполняются лишь для идеальных газов, в котором молекулы не имеют объема (т.е. представляют собой материальные точки) и сталкиваются между собой упруго. Так как в природе идеального газа нет, газовые законы имеют приближенный характер.
P1V1 / T1 = P2V2 / T2
И, наоборот, из объединенного газового закона
при P = const (P1 = P2) можно получить
V1 / T1 = V2 / T2 (закон Гей-Люссака);
при Т= const (T1 = T2):
P1V1 = P2V2 (закон Бойля-Мариотта);
при V = const
P1 / T1 = P2 / T2 (закон Шарля).
Объединенный газовый закон - объединение трех независимых частных газовых законов: Гей-Люссака, Шарля, Бойля-Мариотта, уравнение,называемое уравнением Менделеева –Клайперона, которое можно записать так:
РV = nRT = ,
если условия отличаются от нормальных. В СИ единицы Р – Па, V – м3, n – число моль, Т – К, m – кг, М – кг/моль, то R = 8,314 Дж/(моль × К) (или 0,082 л атм/(моль • К)).
Пример. Какой объем займет при температуре 17°C и давлении 250 кПа оксид углерода (II) массой 84 г?
Решение. Количество моль CO равно: n(CO) = m(CO) / M(CO) = 84 / 28 = 3 моль Объем CO при н.у. составляет 322,4 л = 67,2 л
Для данной массы конкретного газа отношение m / M постоянно, поэтому из уравнения Менделеева – Клайперона получается объединенный газовый закон. Из объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:
(P · V) / T = (P0 V0) / T0
Следует V(CO) = (P0T V0) / (P · T0) = (101,3 · (273 + 17) · 67,2) / (250 · 273) = 28,93 л
Средняя молекулярная масса смеси газов равна общей массе смеси, деленной на общее число молей:
Mср = (m1 +.... + mn) / (n1 +.... + nn) = (M1 V1 + Mn · Vn) / (n1 +.... + nn)
Закон эквивалентов
(Рихтер 1800г.):
Все вещества реагируют в эквивалентных соотношениях или массы реагирующих друг с другом веществ, а также массы продуктов этой реакции пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ:
=
Эквивалент - реальная или условная частица, которая в данной кислотно-основной реакции, в реакции ионного обмена равноценна одному молю атомарного (одному молю ионов) водорода или в окислительно-восстановительной реакции – одному молю электронов.
Фактор эквивалентности fэкв(Х) – число, обозначающее долю реальной или условной частицы, которая в реакции ионного обмена равноценна одному молю атоматомарного (одному молю ионов) водорода или в окислительно-восстановительной реакции – одному молю электронов. Фактор эквивалентности (fэкв = ) может равняться единице или быть меньше ее.
Молярная масса эквивалента вещества М[ (Х)] равна произведению фактора эквивалентности fэкв(Х) на молярную массу вещества Х. Молярную массу эквивалента различных веществ можно рассчитать по формулам:
М( оксида) = ;
М( кислоты) = ;
М( основания) = ;
М( соли) = .
Например: М( H2SO4) = × М(H SO ) = × 98 = 49 г/моль.
М( Са(ОН)2) = ;
М( Al (SO4)3) = = .
Пример 1. Определить эквивалент Mg, зная, что 3 весовых части магния соединяются с 2 весовыми частями О.
Mэ(Mg)
3 : 2 = ЭMg : 8
ЭMg = = 12
Пример 2. CaCl2 содержит 36% Са и 64%Cl. Определить эквивалент кальция, зная, что эквивалент хлора равен 35,5
36 : 64 = ЭСа : 35,5
ЭСа = = 20
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|