Закон Авогадро. Нахождение объемов газообразных веществ

Нормальное условие для газового состояния вещества

Пример. При 25 °С и давлении 745 мм рт. ст. некоторое количество газа занимает объем 152 мл. Вычислить, какой объем займет это же количество газа при нормальных условиях.

Решение. Нормальными условиями газового состояния вещества принято считать состояние его при температуре Т ₀ = 273 К (0 °С) и давлении Р ₀ = 101,325 кПа (1 атм, 760 мм рт. ст.).

Нормальная температура по шкале Кельвина обозначается Т ₀, нормальное давление - Р ₀, объем газа при нормальных условиях - V _0. Привести объем газа к нормальным условиям - значит пересчитать объем газа при данных условиях на объем его при нормальных условиях. Для этого используется уравнение, объединяющее законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

Р · V/T = P ₀ · V ₀/ Т ₀,

где Р, V, Т - давление, объем и температура газа при данных условиях, Р ₀, V ₀, Т ₀ - давление, объем и температура при нормальных условиях.

При расчете необходимо иметь в виду, что как объем, так и давление в обеих частях уравнения должны быть выражены в одних и тех же единицах.

Приведенное уравнение позволяет находить любую из указанных в нем величин, если остальные известны. В частности, определяя из него V ₀, находим:

V ₀ = P · V · T ₀ /(P ₀ · T) = 745 · 152 · 273/(760 · 293) = 136,5 мл.

Пример 1. При взаимодействии оксида углерода (II) с хлором из одного объема оксида углерода и одного объема хлора образуется один объем фосгена. Установите формулу фосгена.

Решение. Так как в равных объемах газов (при прочих равных условиях) содержится одинаковое число молекул, то из данной задачи непосредственно вытекает, что с одним моль оксида углерода реагирует один моль хлора и образуется один моль фосгена. Обозначив состав образующейся молекулы C _x O _y Cl _z, можно выразить происходящую реакцию уравнением:

CO + Cl₂ = C _x O _y Cl _z.

Подсчет числа атомов в левой части уравнения подсказывает, что в состав молекулы нового газа должны входить один атом углерода, один атом кислорода и два атома хлора. Следовательно, формула газа COCl₂.

Пример 2. При горении метана СН₄ образуются оксид углерода (IV) и водяной пар. Каковы отношения между объемами участвующих в реакции газов, если они измерены при одинаковых условиях?

Решение. При полном сгорании метана на каждый его моль расходуется два моль кислорода, в результате чего образуется один моль оксида углерода (IV) и два моль водяного пара:

СН₄ + 2O₂ = СO₂ + 2Н₂О.

Это значит, что из одного объема метана и двух объемов кислорода образуется один объем оксида углерода (IV) и два объема водяного пара, измеренного при тех же условиях:

V (CH₄) = 2 V (O₂).

Пример 3. Чему равны значения а) относительной плотности хлора по воздуху, б) массы 1 л хлора (при н.у.), в) объема 1 л хлора (при н.у.).

Решение. Отношение массы данного газа к массе такого же объема другого газа, взятого при той же температуре и том же давлении, называется плотностью первого газа по второму, то есть относительной плотностью. Относительная плотность может быть рассчитана и как отношение молярных масс. Молярная масса хлора равна 71 г/моль, средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль. Моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л.

Отсюда:

a) D _возд = М(С1₂)/М(возд.) = 71/29 = 2,45;

б) 22,4 л хлора имеют массу 71 г,

1 л хлора имеет массу х г,

x = 71,1/22,4 = 3,17 г;

в) 71 г хлора занимает объем 22,4 л,

1 г хлора занимает объем х л,

x =22,4/71 = 0,32 л.

Дата добавления: 2015-05-06