Основные понятия и законы химии (стр. 4 )

где ν = V / VM = 30/22,4 = 1,34 моль.

Определяем массу азота:

m (N2) = M(N2) ∙ ν(N2),

m (N2) = 28 ∙ 1,34 = 37,52 г.

Ответ: 30 л азота при нормальных условиях имеют массу 37,52 г.

Задача 4. Какой объем займет при температуре 20оС и давлении 250 кПа амммиак массой 51 г?

Решение. Объем аммиака при нормальных условиях найдем по формуле

Vо = VM ∙ ν(NH3).

Определяем количество вещества аммиака:

ν (NH3)= m/M(NH3) = 51/17 = 3 моль.

Тогда Vо = VM ∙ ν(NH3) = 22,4 ∙ 3 = 67,2 л.

Используя формулу

PV /T = PoVo/To,

выведем из нее формулу для расчета объема газа при условиях, отличных от нормальных:

V(NH3) = PoVo T / To P.

Подставляем данные из условия задачи: единицы измерения давления и объема можно оставить без изменения; температуру перевести в абсолютные значения по шкале Кельвина: Т = 273 + 20 = 293 К:

V(NH3) = 101,3 ∙67,3 ∙293 / 250 ∙273 = 29,2 л.

Ответ. При данных условиях 51 г аммиака занимают объем 29,2 л.

Задача 5. При температуре 25оС и давлении 99,3 кПа некоторое количество газа занимает объем 152 мл. Определить, какой объем займет это же количество газа при 0оС и давлении 101,3 кПа.

Решение. Воспользуемся уравнением, которое объединяет газовые законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака

PV /T = PoVo/To,

Выведем из него формулу для расчета объема газа при нормальных условиях Vо = PV То/ Po T.

Подставляем данные задачи в это уравнение: единицы измерения давления и объема можно оставить без изменения, температуру перевести в абсолютные значения по шкале Кельвина: Т = 273 + 25 = 298 К, тогда

Vо = 99,3 кПа ∙152 мл ∙273 К/101,3 кПа∙298 К = 136,5 мл.

Ответ: при н. у. (давление 101,3 кПа и температура 0oС) объем 152 мл газа будет составлять 136,5 мл.

Задача 6. Определить плотность бромоводорода по водороду и по воздуху.

Решение. Для нахождения относительной плотности газа необходимо знать молярные массы этих газов:

М(НВr) = 81 г/моль, М(Н2) = 2 г/моль.

Воздух – это смесь газов, в основном кислорода и азота. Зная объемные доли этих газов в воздухе, можно рассчитать его среднюю молярную массу. Обычно она принимается равной 29 г/моль.

Определяем относительную плотность бромоводорода по воздуху:

DH2 (НВr) = M(НВr)/M(Н2);

DH2 (НВr) = 81/2 = 40,5.

Находим плотность бромоводорода по воздуху:

Dвозд (НВr) = M(НВr)/M(возд);

Dвозд (НВr) = 81/29 =2,8.

Ответ. Плотность бромоводорода по водороду равна 40,5, плотность бромоводорода по воздуху равна 2,8.

Задача 7. Имеется газовая смесь, содержащая 35 %(по массе) водорода и 65 % азота. Определить объемные доли газов в смеси.

Решение. Пусть масса газовой смеси равна 100 г, тогда массы и количества веществ водорода и азота будут равны:

m(H2) = m(см)∙ω(H2) = 100∙0,35 = 35 г;

m(N2) = m(см)∙ω(N2) = 100∙0,65 = 65 г;

ν (H2) = m(H2) / M(H2) = 35/2 = 17,5 моль;

ν (N2) = m(N2) / M(N2) = 65/28 = 2,32.

Пусть молярный объем газов при тех условиях, при которых находится смесь, равен VМ = 22,4 л/моль. Тогда объемы газов в смеси составят:

V(Н2) = VM ∙ ν(H2) = 17,5 VM;

V(N2) = VM ∙ ν(N2) = 2,32 VM .

Если газы не вступали в химическое взаимодействие, то объем газовой смеси будет равен сумме объемов этих газов:

Vсм = V(Н2) + V(N2) = 17,5 · VM + 2,32 · VM = 19,82 · VM (л).

Определяем объемные доли газов:

φ(Н2) = V(Н2) / Vсм = (17,5· VM) / (19,82 ·VM) = 0,883 или 88,3 %;

φ(N2) = V(N2) / Vсм = (2,32· VM) / (19,82 ·VM) = 0,117 или 11,7 %.

Ответ. Объемные доли газов в смеси составляют: 88,3 % водорода и 11,7 % азота.

УРАВНЕНИЕ МЕНДЕЛЕЕВА-КЛАПЕЙРОНА

Для вычисления молярных масс используют также у р а в н е н и е с о с т о я н и я и д е а л ь н о г о г а з а – уравнение Менделеева-Клапейрона:

PV = m/M RT,

где Р – давление газа, Па;

V – его объем, м3;

m – масса газа, г; М – молярная масса газа, г/моль;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль∙К;

Т – абсолютная температура, К.

ВЫЧИСЛЕНИЯ ПО УРАВНЕНИЮ МЕНДЕЛЕЕВА-КЛАПЕЙРОНА

Пример 1. Вычислить массу 2 л водорода, который находится при 17оС и давлении 95 кПа.

Решение. Из уравнения Менделеева-Клапейрона следует, что масса газа будет определяться по формуле

m = PVM/RT,

причем в системе СИ газовая постоянная равна 8,314 Дж/моль∙К, тогда давление нужно выразить в паскалях, а объем в метрах кубических:

Р = 95000 Па, V = 2∙10–3 м3, Т = 273 + 17 = 290 К, М(Н2) = 2 г/моль.

Подставляем эти значения

m = 95∙103 ∙2 ∙10∙–3∙2/8.314 ∙ 290 = 0.2958 (г).

Ответ: масса двух литров водорода равна 0,2958 г.

Пример 2. Масса 344 мл газа при 42оС и 772 мм рт. ст. равна 0,866 г. Вычислить молярную массу газа.

Решение. Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, выведем формулу для расчета молярной массы

М = m RT/PV.

Объем необходимо выразить в метрах кубических: V = 0,344∙10–3 м3, давление в паскалях, для этого сделать расчет:

760 мм рт. ст. – 101 300 Па

772 мм рт. ст. - ? Па,

отсюда Р = 772 ∙101 300 / 760 = 102 899 Па.

Подставляем найденные значения

М = 0,866 ∙ 8,314 ∙ 315/ 102 899 ∙ 0,344 ∙10–3 ≈ 64 г/моль

Ответ: молярная масса газа составляет 64 г/моль.

Проектное задание. При разложении карбоната кальция выделилось 11,2 л углекислого газа. Определить, чему равна масса гидроксида калия, необходимая для связывания выделившегося газа в карбонат.

Тест рубежного контроля № 2.

Тест содержит 6 заданий, на выполнение которых отводится 15 минут. Выберите наиболее правильный, по Вашему мнению, вариант ответа и отметьте его в бланке ответов любым значком (правильных ответов может быть несколько!)

1. Взаимодействуют 2 г водорода и 14 г кислорода. О реагентах можно сказать, что:
а) Н2 в избытке	б) О2 в избытке
в) Н2 в недостатке	г) Реагенты в эквивалентных количествах
2. Сумма коэффициентов реакции Al(OH)3 + HCl àравна: (закончить, уравнять и выбрать правильное)
а) 4	б) 6
в) 7	г) 8
3. Используя уравнение Менделеева-Клапейрона указать изменение каких величин при постоянстве остальных может увеличить давление газа
а) увеличение объема	б) уменьшение массы
в) увеличение температуры	г) уменьшение объема
4. Один грамм какого из газов занимает наибольший объем? (условия одинаковые)
а) CH4	б) CO2
в) H2	г) O2
5. Какова молекулярная формула соединения азота с кислородом, если плотность этого газа по водороду равна 15.
а) NO	б) N2O
в) NO2	г) N2O3
6. Смешали равные объемы водорода и хлора. Как изменится объем смеси после протекания реакции:
а) не изменится	б) увеличится в два раза
в) уменьшится в два раза	г) увеличится в четыре раза

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Общая химия», Москва, издательство «ИНТЕГРАЛ-ПРЕСС», 2007 г. и другие годы издания.

2. «Задачи и упражнения по общей химии», Москва, издательство «Интеграл-Пресс», 2004.

3. , , «Курс общей химии», Москва, издательство «Высшая школа», 1990 г.

4. Угай и неорганическая химия.- М.: Высшая школа. 2002.