Mol gas dalam kondisi normal. Volume molar gas

Pelajaran 1.

Topik: Jumlah zat. Tikus tanah

Kimia adalah ilmu tentang zat. Bagaimana cara mengukur zat? Di satuan apa saja? Pada molekul penyusun zat, namun hal ini sangat sulit dilakukan. Dalam gram, kilogram atau miligram, tapi begitulah cara mengukur massa. Bagaimana jika kita menggabungkan massa yang diukur pada skala dan jumlah molekul suatu zat, apakah mungkin?

a) H-hidrogen

A n = 1 pagi.

1aum = 1,66*10 -24 g

Mari kita ambil 1 gram hidrogen dan menghitung jumlah atom hidrogen dalam massa ini (mintalah siswa menghitungnya dengan menggunakan kalkulator).

N n = 1g / (1,66*10 -24) g = 6,02*10 23

b) O-oksigen

A o = 16 pagi = 16 * 1,67 * 10 -24 g

Tidak = 16 g / (16 * 1,66 * 10 -24) g = 6,02 * 10 23

c) C-karbon

A c = 12a.um = 12*1,67*10 -24 g

N c = 12g / (12* 1,66*10 -24) g = 6,02*10 23

Mari kita simpulkan: jika kita mengambil massa materi yang sama dengan massa atom dalam ukuran, tetapi jika diukur dalam gram, maka akan selalu ada (untuk zat apa pun) 6,02 * 10 23 atom zat tersebut.

H 2 O - air

18 g / (18 * 1,66 * 10 -24) g = 6,02 * 10 23 molekul air, dll.

N a = 6,02*10 23 - Bilangan atau konstanta Avogadro.

Mol adalah jumlah suatu zat yang mengandung 6,02 * 10 23 molekul, atom atau ion, mis. unit struktural.

Ada mol molekul, mol atom, mol ion.

N - jumlah tahi lalat,(jumlah mol sering dilambangkan dengan nu),
N adalah jumlah atom atau molekul,
N a = Konstanta Avogadro.

Kmol = 10 3 mol, mmol = 10 -3 mol.

Perlihatkan potret Amedeo Avogadro pada instalasi multimedia dan bicarakan secara singkat tentang dia, atau perintahkan siswa untuk menyiapkan laporan singkat tentang kehidupan ilmuwan.

Pelajaran 2.

Topik: “Massa molar suatu zat”

Berapa massa 1 mol suatu zat? (Siswa sering kali dapat menarik kesimpulannya sendiri.)

Massa satu mol suatu zat sama dengan massa molekulnya, tetapi dinyatakan dalam gram. Massa satu mol suatu zat disebut massa molar dan dilambangkan dengan M.

Rumus:

M - massa molar,
n - jumlah mol,
m adalah massa zat.

Massa satu mol diukur dalam g/mol, massa satu kmol diukur dalam kg/kmol, massa satu mmol diukur dalam mg/mol.

Isi tabel (tabel dibagikan).

Pelajaran 3.

Topik: Volume molar gas

Mari kita selesaikan masalahnya. Tentukan volume air yang massanya di kondisi normal 180 gram

Diberikan:

Itu. volume cairan dan padatan Kami menghitung melalui kepadatan.

Namun, saat menghitung volume gas, massa jenisnya tidak perlu diketahui. Mengapa?

Ilmuwan Italia Avogadro menetapkan hal itu di volume yang sama gas yang berbeda dalam kondisi yang sama (tekanan, suhu) terkandung nomor yang sama molekul - pernyataan ini disebut hukum Avogadro.

Itu. jika di kondisi yang setara V(H 2) =V(O 2), maka n(H 2) =n(O 2), dan sebaliknya, jika pada kondisi yang sama n(H 2) =n(O 2) maka volume gas-gas tersebut akan tetap sama. Dan satu mol suatu zat selalu mengandung jumlah molekul yang sama 6,02 * 10 23.

Kami menyimpulkan - dalam kondisi yang sama, mol gas harus menempati volume yang sama.

Dalam kondisi normal (t=0, P=101,3 kPa. atau 760 mmHg), mol gas apa pun menempati volume yang sama. Volume ini disebut molar.

Vm =22,4 l/mol

1 kmol menempati volume -22,4 m 3 /kmol, 1 mmol menempati volume -22,4 ml/mmol.

Contoh 1.(Untuk diselesaikan di papan tulis):

Contoh 2.(Anda dapat meminta siswa untuk menyelesaikannya):

Mintalah siswa mengisi tabel tersebut.

Massa 1 mol suatu zat disebut molar. Volume 1 mol suatu zat disebut? Jelas sekali, ini juga disebut volume molar.

Apa yang setara dengan volume molar air? Saat kami mengukur 1 mol air, kami tidak menimbang 18 g air pada timbangan - ini merepotkan. Kami menggunakan alat ukur: silinder atau gelas kimia, karena kami mengetahui massa jenis air adalah 1 g/ml. Jadi, volume molar air adalah 18 ml/mol. Dalam cairan dan padatan volume molar bergantung pada kepadatannya (Gbr. 52, a). Lain halnya dengan gas (Gbr. 52, b).

Beras. 52.
Volume molar(Dengan baik.):
a - cairan dan padatan; B - zat berbentuk gas

Jika kita mengambil 1 mol hidrogen H 2 (2 g), 1 mol oksigen O 2 (32 g), 1 mol ozon O 3 (48 g), 1 mol karbon dioksida CO 2 (44 g) dan bahkan 1 mol uap air H 2 O (18 g) pada kondisi yang sama, misalnya normal (dalam kimia biasa disebut kondisi normal (n.s.) suhu 0°C dan tekanan 760 mm Hg. Seni. , atau 101,3 kPa), maka ternyata 1 mol gas mana pun akan menempati volume yang sama, sama dengan 22,4 liter, dan mengandung jumlah molekul yang sama - 6 × 10 23.

Dan jika kita mengambil 44,8 liter gas, berapa banyak zat yang akan diambil? Tentu saja 2 mol, karena volume yang diberikan adalah dua kali volume molar. Karena itu:

dimana V adalah volume gas. Dari sini

Volume molar adalah kuantitas fisik, sama dengan rasionya volume suatu zat dengan jumlah suatu zat.

Volume molar zat gas dinyatakan dalam l/mol. Vm - 22,4 l/mol. Volume satu kilomol disebut kilomolar dan diukur dalam m 3 /kmol (Vm = 22,4 m 3 /kmol). Oleh karena itu, volume milimolarnya adalah 22,4 ml/mmol.

Soal 1. Tentukan massa 33,6 m 3 amonia NH 3 (n.s.).

Soal 2. Tentukan massa dan volume (n.v.) dari 18 × 10 20 molekul hidrogen sulfida H 2 S.

Saat menyelesaikan soal, mari kita perhatikan jumlah molekul 18 × 10 20. Karena 10 20 adalah 1000 kali lebih kecil dari 10 23, tentunya perhitungan harus dilakukan dengan menggunakan mmol, ml/mmol dan mg/mmol.

Kata dan frasa kunci

1. Volume gas molar, milimolar, dan kilomolar.
2. Volume molar gas (dalam kondisi normal) adalah 22,4 l/mol.
3. Kondisi normal.

Bekerja dengan komputer

1. Berbicara dengan aplikasi elektronik. Pelajari materi pelajaran dan selesaikan tugas yang diberikan.
2. Cari di Internet alamat email, yang dapat melayani sumber tambahan, mengungkapkan isi kata kunci dan frase dalam paragraf. Tawarkan bantuan Anda kepada guru dalam mempersiapkan pelajaran baru - kirim pesan lewat kata kunci dan frasa di paragraf berikutnya.

Pertanyaan dan tugas

1. Temukan massa dan jumlah molekul di n. kamu. untuk: a) 11,2 liter oksigen; b) 5,6 m 3 nitrogen; c) 22,4 ml klorin.
2. Temukan volume di n. kamu. akan mengambil: a) 3 g hidrogen; b) 96 kg ozon; c) 12 × 10 20 molekul nitrogen.
3. Temukan massa jenis (massa 1 liter) argon, klor, oksigen, dan ozon pada suhu kamar. kamu. Berapa banyak molekul setiap zat yang dapat terkandung dalam 1 liter pada kondisi yang sama?
4. Hitung massa 5 liter (n.s.): a) oksigen; b) ozon; c) karbon dioksida CO 2.
5. Tunjukkan mana yang lebih berat: a) 5 l sulfur dioksida(SO 2) atau 5 liter karbon dioksida (CO 2); b) 2 l karbon dioksida (CO 2) atau 3 l karbon monoksida(JADI).

Di mana m-massa, M-massa molar, volume V.

4. Hukum Avogadro. Didirikan oleh fisikawan Italia Avogadro pada tahun 1811. Volume gas yang sama, jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama, mengandung jumlah molekul yang sama.

Dengan demikian, kita dapat merumuskan konsep jumlah suatu zat: 1 mol suatu zat mengandung sejumlah partikel sebesar 6,02 * 10 23 (disebut konstanta Avogadro)

Akibat dari undang-undang ini adalah demikian Dalam kondisi normal (P 0 =101,3 kPa dan T 0 =298 K), 1 mol gas menempati volume sebesar 22,4 liter.

5. Hukum Boyle-Mariotte

Pada suhu konstan volume kuantitas yang diberikan gas berbanding terbalik dengan tekanan di mana ia berada:

6. Hukum Gay-Lussac

Pada tekanan konstan perubahan volume gas berbanding lurus dengan suhu:

V/T = konstanta.

7. Hubungan antara volume gas, tekanan dan suhu dapat dinyatakan gabungan hukum Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac, yang digunakan untuk mengubah volume gas dari satu kondisi ke kondisi lainnya:

P 0 , V 0 , T 0 - tekanan volume dan suhu dalam kondisi normal: P 0 =760 mm Hg. Seni. atau 101,3 kPa; T 0 =273 K (0 0 C)

8. Penilaian independen terhadap nilai molekuler massa M dapat dilakukan dengan menggunakan apa yang disebut persamaan keadaan gas ideal atau persamaan Clapeyron-Mendeleev :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

Di mana R - tekanan gas masuk sistem tertutup, V- volume sistem, T - massa gas, T - suhu absolut, R- konstanta gas universal.

Perhatikan bahwa nilai konstanta R dapat diperoleh dengan mensubstitusikan nilai-nilai yang menjadi ciri satu mol gas pada kondisi normal ke dalam persamaan (1.1):

R = (p V)/(T)=(101,325 kPa 22,4 l)/(1 mol 273K)=8,31J/mol.K)

Contoh pemecahan masalah

Contoh 1. Membawa volume gas ke kondisi normal.

Berapa volume (no.s.) yang akan ditempati oleh 0,4×10 -3 m 3 gas yang terletak pada 50 0 C dan tekanan 0,954×10 5 Pa?

Larutan. Untuk mengembalikan volume gas ke kondisi normal, gunakan rumus umum, menggabungkan hukum Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac:

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Volume gas (n.s.) sama dengan, dimana T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.

Pada (normal) gas menempati volume sebesar 0,32×10 -3 m 3 .

Contoh 2. Perhitungan massa jenis relatif suatu gas dari berat molekulnya.

Hitung massa jenis etana C 2 H 6 berdasarkan hidrogen dan udara.

Larutan. Dari hukum Avogadro dapat disimpulkan bahwa massa jenis relatif suatu gas terhadap gas lainnya sama dengan perbandingan massa molekul ( M h) dari gas-gas ini, mis. D=M 1 /M 2. Jika M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, rata-rata massa molekul udara adalah 29, maka massa jenis relatif etana terhadap hidrogen adalah D H2 = 30/2 =15.

Kepadatan relatif etana di udara: D udara= 30/29 = 1,03, mis. etana 15 kali lebih berat dari hidrogen dan 1,03 kali lebih berat dari udara.

Contoh 3. Penentuan berat molekul rata-rata campuran gas berdasarkan kepadatan relatif.

Hitung berat molekul rata-rata campuran gas yang terdiri dari 80% metana dan 20% oksigen (berdasarkan volume), menggunakan kepadatan relatif gas-gas tersebut terhadap hidrogen.

Larutan. Seringkali perhitungan dilakukan berdasarkan aturan pencampuran, yaitu rasio volume gas dalam dua komponen campuran gas berbanding terbalik dengan perbedaan massa jenis campuran dengan massa jenis gas-gas penyusun campuran tersebut. Mari kita tunjukkan kepadatan relatif campuran gas dengan hidrogen melalui D H2. Dia akan kepadatan lebih banyak metana, tapi kepadatan lebih sedikit oksigen:

80D H2 – 640 = 320 – 20 D H2; D H2 = 9,6.

Massa jenis hidrogen dari campuran gas ini adalah 9,6. berat molekul rata-rata campuran gas M H2 = 2 D H2 = 9,6×2 = 19,2.

Contoh 4. Perhitungan massa molar suatu gas.

Massa gas 0,327×10 -3 m 3 pada 13 0 C dan tekanan 1,040×10 5 Pa sama dengan 0,828×10 -3 kg. Hitung massa molar gas tersebut.

Larutan. Massa molar suatu gas dapat dihitung menggunakan persamaan Mendeleev-Clapeyron:

Di mana M– massa gas; M– massa molar gas; R– konstanta gas molar (universal), yang nilainya ditentukan oleh satuan pengukuran yang diterima.

Jika tekanan diukur dalam Pa dan volume dalam m3, maka R=8,3144×10 3 J/(kmol×K).

3.1. Saat melakukan pengukuran udara atmosfer, udara area kerja, serta emisi industri dan hidrokarbon di saluran gas, terdapat masalah dalam membawa volume udara yang diukur ke kondisi normal (standar). Seringkali dalam praktiknya, ketika melakukan pengukuran kualitas udara, konsentrasi yang diukur tidak dihitung ulang ke kondisi normal, sehingga menghasilkan hasil yang tidak dapat diandalkan.

Berikut kutipan dari Standar:

“Pengukuran mengarah pada kondisi standar dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

C 0 = C 1 * P 0 T 1 / P 1 T 0

dimana: C 0 - hasil yang dinyatakan dalam satuan massa per satuan volume udara, kg/meter kubik. m, atau jumlah zat per satuan volume udara, mol/kubik. m, pada suhu dan tekanan standar;

C 1 - hasil yang dinyatakan dalam satuan massa per satuan volume udara, kg/meter kubik. m, atau jumlah zat per satuan volume

udara, mol/cub. m, pada suhu T 1, K, dan tekanan P 1, kPa.”

Rumus reduksi ke kondisi normal dalam bentuk yang disederhanakan berbentuk (2)

C 1 = C 0 * f, dimana f = P 1 T 0 / P 0 T 1

faktor konversi standar untuk normalisasi. Parameter udara dan kotoran diukur pada nilai suhu, tekanan dan kelembaban yang berbeda. Hasilnya memberikan kondisi standar untuk membandingkan parameter kualitas udara yang diukur di lokasi berbeda dan iklim berbeda.

3.2.Kondisi normal industri

Kondisi normal adalah kondisi fisika standar yang biasanya berkaitan dengan sifat-sifat zat (Suhu dan Tekanan Standar, STP). Kondisi normal didefinisikan oleh IUPAC (International Union of Practical and Applied Chemistry) sebagai berikut: Tekanan atmosfer 101325 Pa = 760 mm Hg. Suhu udara 273,15 K = 0° C.

Kondisi standar (Standard Ambient Temperature and Pressure, SATP) adalah suhu dan tekanan lingkungan normal: tekanan 1 Bar = 10 5 Pa = 750,06 mm T. Art.; suhu 298,15 K = 25 °C.

Daerah lain.

Pengukuran kualitas udara.

Hasil pengukuran konsentrasi zat berbahaya di udara area kerja menghasilkan kondisi sebagai berikut: suhu 293 K (20°C) dan tekanan 101,3 kPa (760 mm Hg).

Parameter aerodinamis emisi polutan harus diukur sesuai dengan standar pemerintah saat ini. Volume gas buang yang diperoleh dari hasil pengukuran instrumental harus diturunkan ke kondisi normal (norma): 0°C, 101,3 kPa.

Penerbangan.

Organisasi Internasional penerbangan sipil(ICAO) menetapkan Standar Internasional Atmosfer (ISA) pada permukaan laut dengan suhu 15 °C, tekanan atmosfer 101325 Pa dan kelembaban relatif 0%. Parameter ini digunakan saat menghitung pergerakan pesawat.

Industri gas.

Industri gas Federasi Rusia saat melakukan pembayaran kepada konsumen, menggunakan kondisi atmosfer sesuai dengan GOST 2939-63: suhu 20°C (293.15K); tekanan 760 mm Hg. Seni. (101325 N/m²); kelembabannya adalah 0. Jadi, massa satu meter kubik gas menurut GOST 2939-63 sedikit lebih kecil dibandingkan pada kondisi normal "kimia".

Tes

Untuk menguji mesin, instrumen dan produk teknis lainnya untuk nilai normal faktor iklim Saat menguji produk (kondisi pengujian iklim normal), hal berikut diterima:

Suhu - ditambah 25°±10°С; Kelembaban relatif – 45-80%

Tekanan atmosfer 84-106 kPa (630-800 mmHg)

Verifikasi alat ukur

Nilai nominal besaran pengaruh normal yang paling umum dipilih sebagai berikut: Suhu - 293 K (20 ° C), tekanan atmosfer - 101,3 kPa (760 mm Hg).

Pendistribusian

Pedoman mengenai penetapan standar kualitas udara menunjukkan bahwa konsentrasi maksimum yang diizinkan di udara atmosfer ditetapkan dalam kondisi dalam ruangan normal, yaitu. 20 C dan 760 mm. HG Seni.

Dimana m adalah massa, M adalah massa molar, V adalah volume.

4. Hukum Avogadro. Didirikan oleh fisikawan Italia Avogadro pada tahun 1811. Volume gas yang sama, jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama, mengandung jumlah molekul yang sama.

Dengan demikian, kita dapat merumuskan konsep jumlah suatu zat: 1 mol suatu zat mengandung sejumlah partikel sebesar 6,02 * 10 23 (disebut konstanta Avogadro)

Akibat dari undang-undang ini adalah demikian Dalam kondisi normal (P 0 =101,3 kPa dan T 0 =298 K), 1 mol gas menempati volume sebesar 22,4 liter.

5. Hukum Boyle-Mariotte

Pada suhu konstan, volume sejumlah gas berbanding terbalik dengan tekanan di mana gas tersebut berada:

6. Hukum Gay-Lussac

Pada tekanan konstan, perubahan volume gas berbanding lurus dengan suhu:

V/T = konstanta.

7. Hubungan antara volume gas, tekanan dan suhu dapat dinyatakan gabungan hukum Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac, yang digunakan untuk mengubah volume gas dari satu kondisi ke kondisi lainnya:

P 0 , V 0 , T 0 - tekanan volume dan suhu dalam kondisi normal: P 0 =760 mm Hg. Seni. atau 101,3 kPa; T 0 =273 K (0 0 C)

8. Penilaian independen terhadap nilai molekuler massa M dapat dilakukan dengan menggunakan apa yang disebut persamaan keadaan gas ideal atau persamaan Clapeyron-Mendeleev :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

Di mana R - tekanan gas dalam sistem tertutup, V- volume sistem, T - massa gas, T - suhu absolut, R- konstanta gas universal.

Perhatikan bahwa nilai konstanta R dapat diperoleh dengan mensubstitusikan nilai-nilai yang menjadi ciri satu mol gas pada kondisi normal ke dalam persamaan (1.1):

R = (p V)/(T)=(101,325 kPa 22,4 l)/(1 mol 273K)=8,31J/mol.K)

Contoh pemecahan masalah

Contoh 1. Membawa volume gas ke kondisi normal.

Berapa volume (no.s.) yang akan ditempati oleh 0,4×10 -3 m 3 gas yang terletak pada 50 0 C dan tekanan 0,954×10 5 Pa?

Larutan. Untuk mengembalikan volume gas ke kondisi normal, gunakan rumus umum yang menggabungkan hukum Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac:

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Volume gas (n.s.) sama dengan , dimana T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323K;

M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.

Pada (normal) gas menempati volume sebesar 0,32×10 -3 m 3 .

Contoh 2. Perhitungan massa jenis relatif suatu gas dari berat molekulnya.

Hitung massa jenis etana C 2 H 6 berdasarkan hidrogen dan udara.

Larutan. Dari hukum Avogadro dapat disimpulkan bahwa massa jenis relatif suatu gas terhadap gas lainnya sama dengan perbandingan massa molekul ( M h) dari gas-gas ini, mis. D=M 1 /M 2. Jika M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, berat molekul rata-rata udara adalah 29, maka massa jenis relatif etana terhadap hidrogen adalah D H2 = 30/2 =15.

Kepadatan relatif etana di udara: D udara= 30/29 = 1,03, mis. etana 15 kali lebih berat dari hidrogen dan 1,03 kali lebih berat dari udara.

Contoh 3. Penentuan berat molekul rata-rata campuran gas berdasarkan kepadatan relatif.

Hitung berat molekul rata-rata campuran gas yang terdiri dari 80% metana dan 20% oksigen (berdasarkan volume), menggunakan kepadatan relatif gas-gas tersebut terhadap hidrogen.

Larutan. Seringkali perhitungan dilakukan menurut aturan pencampuran, yang menyatakan bahwa perbandingan volume gas dalam campuran gas dua komponen berbanding terbalik dengan perbedaan antara massa jenis campuran dan massa jenis gas yang menyusun campuran tersebut. . Mari kita nyatakan kepadatan relatif campuran gas terhadap hidrogen dengan D H2. itu akan lebih besar dari kepadatan metana, tetapi lebih kecil dari kepadatan oksigen:

80D H2 – 640 = 320 – 20 D H2; D H2 = 9,6.

Massa jenis hidrogen dari campuran gas ini adalah 9,6. berat molekul rata-rata campuran gas M H2 = 2 D H2 = 9,6×2 = 19,2.

Contoh 4. Perhitungan massa molar suatu gas.

Massa gas 0,327×10 -3 m 3 pada 13 0 C dan tekanan 1,040×10 5 Pa sama dengan 0,828×10 -3 kg. Hitung massa molar gas tersebut.

Larutan. Massa molar suatu gas dapat dihitung menggunakan persamaan Mendeleev-Clapeyron:

Di mana M– massa gas; M– massa molar gas; R– konstanta gas molar (universal), yang nilainya ditentukan oleh satuan pengukuran yang diterima.

Jika tekanan diukur dalam Pa dan volume dalam m3, maka R=8,3144×10 3 J/(kmol×K).