Обчислення об’ємних відношень газів за хімічними рівняннями

 
 

§ 30. Обчислення об’ємних відношень газів за хімічними рівняннями

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • поглибити знання про рівняння хімічних реакцій та коефіцієнти в них;
  • обчислювати об'ємні відношення газів за хімічними рівняннями;
  • розв'язувати розрахункові задачі на обчислення об'ємних відношень газів за хімічними рівняннями.

Серед хімічних реакцій багато таких, що відбуваються між газоподібними речовинами або супроводжуються утворенням газоподібних продуктів реакції. Оскільки молярний об'єм газів за однакових умов однаковий, а коефіцієнти в рівняннях реакцій збігаються з кількістю речовин, що реагують без залишку або утворюються під час реакції, то це дає змогу характеризувати об'ємні відношення газоподібних речовин у хімічних реакціях.

ОБ'ЄМНІ ВІДНОШЕННЯ ГАЗІВ У ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЯХ. Французький учений Жозеф Луї Гей-Люссак виявив, що об'єми газів, які вступають у реакцію та утворюються внаслідок реакції, відносяться між собою, як невеликі цілі числа, які збігаються з коефіцієнтами в рівнянні реакції. У 1808 р. він дослідним шляхом сформулював закон об'ємних відношень газів.

У хімічних реакціях об'єми газоподібних речовин (реагентів та продуктів реакції) відносяться між собою, як невеликі цілі числа (закон Гей-Люссака).

Експеримент ученого полягав у тому, що він проводив реакцію між воднем і хлором, беручи однакові об'єми цих газоподібних речовин. Щоразу з одного об'єму водню й одного об'єму хлору він добував два об'єми гідроген хлориду (хлороводню).

Н2 + Сl2 = 2НСl

1V + 1V = 2V

Гей-Люссак проводив досліди з іншими газоподібними речовинами, зокрема з воднем та киснем. Завдяки хімічному експерименту як методу дослідження вчений установив, що невеликі цілі числа, якими виражається співвідношення об'ємів газоподібних речовин у хімічних реакціях, збігаються з коефіцієнтами перед їх хімічними формулами в рівнянні реакції.

Закон поширюється на реакції, що відбуваються за постійного тиску.

Дещо пізніше (1811 р.) італійський фізик і хімік Амедео Авогадро пояснив експериментально установлені Гей-Люссаком об'ємні відношення газів, а також сформулював новий закон, який увійшов у науку як закон Авогадро.

Пригадайте формулювання закону Авогадро.

Розглянемо на прикладі реакції горіння етену, як можна обчислювати об'єми речовин, що беруть участь у реакції та утворюються внаслідок неї, дотримуючись закону об'ємних відношень газів. Спочатку складемо рівняння реакції.

З рівняння реакції видно, що для повного спалювання 1 моль етену потрібно 3 моль кисню, і що при цьому утворюється 2 моль вуглекислого газу. Зважаючи на коефіцієнти, можна сказати, що для повного спалювання 1 моль, або 22,4 л етену (н. у.), потрібний утричі більший об'єм кисню: 22,4 л/моль · 3 моль = 67,2 л, і що об'єм утвореного при цьому вуглекислого газу становить 22,4 л/моль · 2 моль = 44,8 л.

Примітка. За нормальних умов вода перебуває в рідкому, а не газоподібному стані, тому її об'єм за умовою цієї задачі не можна обчислювати за законом Гей-Люссака.

ОБЧИСЛЕННЯ ОБ'ЄМНИХ ВІДНОШЕНЬ ГАЗІВ ЗА ХІМІЧНИМИ РІВНЯННЯМИ. Ознайомимося з прикладами розв'язування розрахункових задач із використанням відношення об'ємів газів у хімічних реакціях.

Приклад 1. Обчислити об'єм кисню, необхідний для горіння етину об'ємом 500 л, та об'єм утвореного вуглекислого газу. Об'єми газів виміряні за однакових умов.

Розв'язання

Складемо рівняння реакції:

2Н2 + 5О2  4СО2+ 2Н2О.

Розглянемо об'ємні відношення газів ацетилену С2Н2 та кисню О2, про які йдеться в умові задачі.

2Н2 + 5О2  4СО2 + 2Н2О.

2V : 5V

або

1V : 2,5V

Як бачимо, об'єм кисню, який прореагував, у 2,5 раза більший за об'єм ацетилену. Це дає змогу легко знайти відповідь на поставлене в умові задачі запитання:

V(O2) = 2,5 · 500 л = 1250 л.

Примітка. Незалежно від кількості реагентів, використаних для проведення цієї реакції, їхні об'ємні відношення 1 : 2,5. Тобто об'єм кисню завжди буде у 2,5 раза більшим за об'єм етину.

Проаналізувавши об'ємні відношення реагентів і газоподібного продукту реакції карбон(IV) оксиду, встановлюємо, що його об'єм удвічі більший за об'єм етину. Тож унаслідок спалювання етину об'ємом 500 л утвориться 2 · 500 л = 1000 л вуглекислого газу.

Відповідь: необхідно 1250 л кисню. Утвориться 1000 л вуглекислого газу.

Приклад 2. Унаслідок спалювання певної порції суміші карбон(ІІ) оксиду та кисню об'єм суміші зменшився на 8 мл. Визначити, який об'єм карбон(ІІ) оксиду прореагував, якщо об'єми газів виміряно за однакових умов.

Розв'язання

Запишемо рівняння реакції та розглянемо об'ємні відношення газів.

Вони вказують, що в реакцію вступає 3 об'єми газоподібних реагентів (2 об'єми СО й 1 об'єм О2), натомість утворюються 2 об'єми газоподібного продукту реакції СО2. Тобто внаслідок реакції відбувається зменшення об'єму: 3V - 2V = 1V. Згідно з умовою задачі зменшення об'єму дорівнює 8 мл. Таким чином, за умовою цієї задачі 1V = 8 мл.

Тепер можемо відповісти на поставлене в умові задачі запитання:

V(CO) = 2 · V = 2 · 8 мл = 16 мл.

Відповідь: прореагувало 16 мл карбон(ІІ) оксиду.

Приклад 3. Який об'єм амоніаку утворився, якщо початкова суміш азоту та водню мала об'єм 90 л, а після закінчення реакції залишилося 10 л азоту? Об'єми газів виміряно за однакових умов.

Розв'язання

Напишемо рівняння реакції та розглянемо об'ємні відношення газів.

Відношення об'ємів реагентів вказує на те, що всього в реакцію вступає 4 об'єми речовин. За даними, поданими в умові задачі, обчислимо, скільки це становить літрів. Віднімемо від загального об'єму початкової суміші азоту та водню об'єм азоту, що залишився після закінчення реакції:

90 л - 10 л = 80 л.

Отже, 4V = 80 л. Тоді 1V = 80 л : 4 = 20 л.

За кількісними відношеннями газів у рівнянні реакції обчислюємо об'єм амоніаку:

V(NH3) = 2V = 2 · 20 л = 40 л.

Відповідь: утворилося 40 л амоніаку.

Приклад 4. Унаслідок спалювання 20 л суміші метану й етану утворилося 24 л вуглекислого газу. Чому дорівнював об'єм кожного компонента суміші, якщо об'єми газів виміряно за однакових умов?

Щоб розв'язати цю задачу, необхідно розглянути відношення об'ємів газів у двох хімічних реакціях.

Розв'язання

Запишемо рівняння реакцій горіння метану та етану.

СН4 + 2О2  СО2 + 2Н2О (1)

2Н6 + 7О→ 4СО2 + 6Н2О (2)

Запишемо під формулами метану, етану, вуглекислого газу їхні об'єми.

Приймемо об'єм метану в суміші за х л, тоді об'єм етану дорівнюватиме (20 - х) л.

З рівняння 1 бачимо, що об'єм метану дорівнює об'єму вуглекислого газу. Звідси х л метану, згораючи, утворює х л вуглекислого газу.

З рівняння 2 бачимо, що об'єм утвореного вуглекислого газу вдвічі більший, ніж об'єм етану. Звідси (20 - х) л етану, згораючи, утворює вуглекислий газ об'ємом:

2 · (20 - х) = (40 - 2х) л.

В умові задачі сказано, що загальний об'єм утвореного в обох реакціях вуглекислого газу становить 24 л. Це дає змогу записати та розв'язати таке алгебраїчне рівняння.

х + (40 - 2х) = 24

х - 2х = 24 - 40

-х = -16

х = 16 (л)

Оскільки через х було позначено об'єм метану, то його об'єм у вихідній суміші становив 16 л. Решта суміші 20 - 16 = 4 (л) припадає на етан.

Відповідь: 16 л метану, 24 л етану.

На об'ємні відношення газів у хімічному рівнянні вказують коефіцієнти перед їхніми формулами. Знаючи об'єм одного газу, за об'ємним відношенням можна відразу встановити об'єм іншого.

У хімічній промисловості доволі часто сировиною для виробництва продукції є газоподібні речовини — метан, етен, водень, амоніак, хлор тощо. Оскільки гази зважувати незручно, то вдаються до визначення їхніх об'ємів. При цьому обчислення здійснюють з дотриманням закону об'ємних відношень газів.

Стисло про основне

• На основі проведених експериментів французький учений Гей-Люссак установив, що в хімічних реакціях об'єми газоподібних речовин (реагентів та продуктів реакції) відносяться між собою, як невеликі цілі числа. У науці це відкриття дістало назву закону Гей-Люссака.

• Невеликі цілі числа, що вказують на співвідношення об'ємів газоподібних речовин у хімічних реакціях, збігаються з коефіцієнтами в рівнянні реакції.

• Знання закону об'ємних відношень газів дає змогу здійснювати обчислення об'ємів газоподібних реагентів і продуктів реакції.

Інформаційна сторінка

Жозеф Луї Гей-Люссак (1778-1850) — французький хімік і фізик. Його наукові праці стосуються різних галузей хімії. Відкрив у 1808 р. закон об'ємних відношень газів, що увійшов у науку як закон Гей-Люссака, першим добув просту речовину йод і побудував (1819 р.) криві залежності розчинності солей у воді від температури. Разом із французьким хіміком М.-Е. Шевреле отримав патент (1825 р.) на виробництво стеаринових свічок, що стало початком нової доби в історії освітлення.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Назвіть молярний об'єм будь-якого газу за нормальних умов.
  • 2. На що вказують коефіцієнти перед формулами газоподібних реагентів і продуктів реакції в рівнянні?
  • 3. Сформулюйте закон об'ємних відношень газів.
  • 4. Не виконуючи математичних обчислень, зробіть висновок щодо кількості молекул, які містяться у 22,4 л хлору та 44,8 л гідроген хлориду за однакових умов.

Застосовуємо

  • 118. У зоні грозового розряду температура сягає понад 2000 °С. За таких умов азот і кисень, що перебувають у складі повітря, взаємодіють між собою з утворенням нітроген(ІІ) оксиду. Напишіть рівняння цієї реакції та обчисліть об'єми азоту й кисню, необхідні для утворення 60 л продукту реакції, якщо об'єми газів виміряно за однакових умов.
  • 119. На згоряння суміші об'ємом 40 л, що складалася з метану й вуглекислого газу, витратили 60 л кисню. Обчисліть вміст вуглекислого газу в початковій суміші, якщо об'єми газів виміряно за однакових умов.
  • 120. Скориставшись поданими в параграфі умовами задач як зразком, складіть умову задачі, розв'язання якої потребує встановлення об'ємних відношень газів.
  • 121*. На згоряння суміші метану з етеном об'ємом 60 л витратили кисень об'ємом 140 л. Обчисліть об'єми метану та етену в суміші, якщо об'єми газів виміряно за однакових умов
  • 122*. Нітроген(ІІ) оксид, що утворюється під час грози (див. завдання 1), доокиснюється до нітроген(IV) оксиду й утворює нітратну та нітритну кислоти (пригадайте, що він є оксидом двох кислот). Так виникає загроза появи кислотних дощів. Відтворіть рівняння перелічених реакцій, розгляньте окисно-відновні процеси в них. Обчисліть об'єм кисню, необхідний для доокиснення нітроген(ІІ) оксиду об'ємом 200 л, якщо всі виміри зроблено за однакових умов.
скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Хімії за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.