Mol plynu za normálnych podmienok. Molárny objem plynu

Lekcia 1.

Téma: Množstvo látky. Krtko

Chémia je veda o látkach. Ako meriate látky? V akých jednotkách? V molekulách, ktoré tvoria látky, je to však veľmi ťažké. V gramoch, kilogramoch alebo miligramoch, ale takto sa meria hmotnosť. Ale čo ak skombinujeme hmotnosť, ktorá je nameraná na váhe, a počet molekúl látky, je to možné?

a) H-vodík

An = 1a.u.m.

1a.u.m = 1,66 x 10-24 g

Vezmime si 1 g vodíka a vypočítame počet atómov vodíka v tejto hmote (ponúknite študentom, aby to urobili pomocou kalkulačky).

N n \u003d 1 g / (1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23

b) O-kyslík

A o \u003d 16 a.u.m \u003d 16 * 1,67 * 10 – 24 g

Nie \u003d 16 g / (16 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23

c) C-uhlík

A c \u003d 12a.u.m \u003d 12 * 1,67 * 10 -24 g

N c \u003d 12 g / (12 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23

Urobme záver: ak vezmeme takú hmotnosť hmoty, ktorá sa rovná atómová hmotnosť vo veľkosti, ale brané v gramoch, potom bude vždy (pre akúkoľvek látku) 6,02 * 10 23 atómov tejto látky.

H20 - voda

18 g / (18 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23 molekúl vody atď.

Na \u003d 6,02 * 10 23 - Avogadrove číslo alebo konštanta.

Mol - množstvo látky, ktoré obsahuje 6,02 * 10 23 molekúl, atómov alebo iónov, t.j. štruktúrne jednotky.

Existuje mól molekúl, mól atómov, mól iónov.

n- počet krtkov, (počet mólov sa často označuje ako nu),
N je počet atómov alebo molekúl,
N a = Avogadrova konštanta.

Kmol \u003d 10 3 mol, mmol \u003d 10-3 mol.

Ukážte portrét Amedea Avogadra na multimediálnej inštalácii a krátko o ňom porozprávajte, prípadne požiadajte študenta, aby pripravil krátku správu o živote vedca.

2. lekcia

Téma "Molárna hmotnosť hmoty"

Aká je hmotnosť 1 mólu látky? (Študenti môžu často urobiť záver sami.)

Hmotnosť jedného mólu látky sa rovná jej molekulovej hmotnosti, ale vyjadruje sa v gramoch. Hmotnosť jedného mólu látky sa nazýva molárna hmotnosť a označuje sa - M.

Vzorce:

M - molárna hmotnosť,
n je počet mólov,
m je hmotnosť látky.

Hmotnosť mólu sa meria v g/mol, hmotnosť kmol sa meria v kg/kmol a hmotnosť mmol sa meria v mg/mol.

Vyplňte tabuľku (tabuľky sú distribuované).

Lekcia 3

Téma: Molárny objem plynov

Poďme vyriešiť problém. Určte objem vody, ktorej hmotnosť je pri normálnych podmienkach 180

Vzhľadom na to:

Tie. objem kvapaliny a pevné látky počítanie z hľadiska hustoty.

Pri výpočte objemu plynov však nie je potrebné poznať hustotu. prečo?

Taliansky vedec Avogadro zistil, že v r rovnaké objemy rôzne plyny za rovnakých podmienok (tlak, teplota) obsahuje rovnaké číslo molekuly – toto tvrdenie sa nazýva Avogadrov zákon.

Tie. ak pri rovnaké podmienky V (H 2) \u003d V (O 2), potom n (H 2) \u003d n (O 2) a naopak, ak za rovnakých podmienok n (H 2) \u003d n (O 2), potom objemy z týchto plynov bude rovnaký. A mol látky vždy obsahuje rovnaký počet molekúl 6,02 * 10 23 .

Usudzujeme - za rovnakých podmienok by moly plynov mali zaberať rovnaký objem.

Za normálnych podmienok (t = 0, P = 101,3 kPa alebo 760 mm Hg) móly akýchkoľvek plynov zaberajú rovnaký objem. Tento objem sa nazýva molárny.

V m \u003d 22,4 l / mol

1 kmol zaberá objem -22,4 m 3 / kmol, 1 mmol zaberá objem -22,4 ml / mmol.

Príklad 1(Rozhodnuté na rade):

Príklad 2(Môžete požiadať študentov, aby vyriešili):

Požiadajte študentov, aby doplnili tabuľku.

Hmotnosť 1 mólu látky sa nazýva molárna hmotnosť. Ako sa nazýva objem 1 mólu látky? Je zrejmé, že sa nazýva aj molárny objem.

Čo sa rovná molárny objem voda? Keď sme namerali 1 mol vody, nenavážili sme na váhu 18 g vody - to je nepohodlné. Použili sme odmerky: valec alebo kadičku, pretože sme vedeli, že hustota vody je 1 g/ml. Preto je molárny objem vody 18 ml/mol. Na tekutiny a pevné látky molárny objem závisí od ich hustoty (obr. 52, a). Ďalšia vec pre plyny (obr. 52, b).

Ryža. 52.
Molárne objemy(no.):
a - kvapaliny a tuhé látky; b - plynné látky

Ak vezmeme 1 mol vodíka H 2 (2 g), 1 mol kyslíka O 2 (32 g), 1 mol ozónu O 3 (48 g), 1 mol. oxid uhličitý CO 2 (44 g) a dokonca 1 mol vodnej pary H 2 O (18 g) za rovnakých podmienok, napríklad normálne (v chémii je zvykom nazývať normálne podmienky (n.a.) teplota 0 °C a tlak 760 mm Hg. Art. , alebo 101,3 kPa), ukazuje sa, že 1 mól ktoréhokoľvek z plynov bude zaberať rovnaký objem, ktorý sa rovná 22,4 litrom, a obsahuje rovnaký počet molekúl - 6 × 10 23.

A ak vezmeme 44,8 litra plynu, koľko z jeho látky sa odoberie? Samozrejme 2 mol, keďže daný objem je dvojnásobkom molárneho objemu. V dôsledku toho:

kde V je objem plynu. Odtiaľ

Molárny objem je fyzikálne množstvo, rovný pomeru objem hmoty na množstvo hmoty.

Molárny objem plynných látok sa vyjadruje v l/mol. Vm - 22,4 l/mol. Objem jedného kilomolu sa nazýva kilomolárny a meria sa v m 3 / kmol (Vm = 22,4 m 3 / kmol). V súlade s tým je milimolárny objem 22,4 ml/mmol.

Úloha 1. Nájdite hmotnosť 33,6 m 3 amoniaku NH 3 (n.a.).

Úloha 2. Nájdite hmotnosť a objem (n.s.), ktoré má 18 × 10 20 molekúl sírovodíka H 2 S.

Pri riešení úlohy si dajme pozor na počet molekúl 18 × 10 20 . Pretože 1020 je 1000-krát menšie ako 1023, výpočty by sa mali samozrejme robiť s použitím mmol, ml/mmol a mg/mmol.

Kľúčové slová a frázy

1. Molárne, milimolárne a kilomolárne objemy plynov.
2. Molárny objem plynov (za normálnych podmienok) je 22,4 l / mol.
3. Normálne podmienky.

Práca s počítačom

1. Porozprávajte sa elektronickej prihlášky. Preštudujte si látku lekcie a dokončite navrhované úlohy.
2. Hľadajte online emailové adresy, ktorý môže slúžiť dodatočné zdroje, ktoré odhaľujú obsah kľúčových slov a fráz v odseku. Ponúknite učiteľovi svoju pomoc pri príprave novej hodiny – napíšte správu Kľúčové slová a frázy v nasledujúcom odseku.

Otázky a úlohy

1. Nájdite hmotnosť a počet molekúl v bode n. r. pre: a) 11,2 litra kyslíka; b) 5,6 m3 dusíka; c) 22,4 ml chlóru.
2. Nájdite objem, ktorý pri n. r. bude trvať: a) 3 g vodíka; b) 96 kg ozónu; c) 12 × 10 20 molekúl dusíka.
3. Nájdite hustoty (hmotnosť 1 litra) argónu, chlóru, kyslíka a ozónu pri n. r. Koľko molekúl každej látky bude obsiahnutých v 1 litri za rovnakých podmienok?
4. Vypočítajte hmotnosť 5 l (n.a.): a) kyslík; b) ozón; c) oxid uhličitý CO2.
5. Uveďte, čo je ťažšie: a) 5 l kyslý plyn(SO 2) alebo 5 litrov oxidu uhličitého (CO 2); b) 2 litre oxidu uhličitého (CO 2) alebo 3 litre oxid uhoľnatý(CO).

Kde m-hmotnosť,M-molárna hmotnosť, V- objem.

4. Zákon Avogadro. Založil ho taliansky fyzik Avogadro v roku 1811. Rovnaké objemy akýchkoľvek plynov odobratých pri rovnakej teplote a rovnakom tlaku obsahujú rovnaký počet molekúl.

Koncepciu množstva látky možno teda sformulovať: 1 mol látky obsahuje počet častíc rovný 6,02 * 10 23 (nazýva sa Avogadrova konštanta)

Dôsledkom tohto zákona je to 1 mol akéhokoľvek plynu zaberá za normálnych podmienok (P 0 \u003d 101,3 kPa a T0 \u003d 298 K) objem rovnajúci sa 22,4 litrom.

5. Zákon Boyle-Mariotte

O konštantná teplota objem dané množstvo plyn je nepriamo úmerný tlaku, pod ktorým je:

6. Gay-Lussacov zákon

O konštantný tlak zmena objemu plynu je priamo úmerná teplote:

V/T = konšt.

7. Dá sa vyjadriť vzťah medzi objemom plynu, tlakom a teplotou kombinovaný zákon Boyle-Mariotte a Gay-Lussac, ktorý sa používa na prenos objemov plynu z jedného stavu do druhého:

P 0, V 0 ,T 0 - objemový tlak a teplota za normálnych podmienok: P 0 =760 mm Hg. čl. alebo 101,3 kPa; T 0 \u003d 273 K (0 0 C)

8. Nezávislé posúdenie hodnoty molekul omši M možno vykonať pomocou tzv stavové rovnice ideálny plyn alebo Clapeyron-Mendelejevove rovnice :

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

kde R - tlak plynu v uzavretý systém, V- objem systému, t - hmotnosť plynu T - absolútna teplota, R- univerzálna plynová konštanta.

Všimnite si, že hodnota konštanty R možno získať dosadením hodnôt charakterizujúcich jeden mól plynu pri NC do rovnice (1.1):

r = (p V) / (T) \u003d (101,325 kPa 22,4 l) / (1 mol 273 K) \u003d 8,31 J / mol. K)

Príklady riešenia problémov

Príklad 1 Uvedenie objemu plynu do normálnych podmienok.

Aký objem (n.o.) zaberie 0,4×10 -3 m 3 plynu pri 50 0 C a tlaku 0,954×10 5 Pa?

Riešenie. Na uvedenie objemu plynu na normálne podmienky použite všeobecný vzorec, ktorý spája zákony Boyle-Mariotte a Gay-Lussac:

pV/T = p0Vo/To.

Objem plynu (n.o.) je, kde T 0 \u003d 273 K; p 0 \u003d 1,013 × 105 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 \u003d 0,32 × 10 -3 m 3.

Keď (n.o.) plyn zaberá objem rovnajúci sa 0,32×10-3 m3.

Príklad 2 Výpočet relatívnej hustoty plynu z jeho molekulovej hmotnosti.

Vypočítajte hustotu etánu C 2 H 6 z vodíka a vzduchu.

Riešenie. Z Avogadrovho zákona vyplýva, že relatívna hustota jedného plynu nad druhým sa rovná pomeru molekulových hmotností ( M h) týchto plynov, t.j. D=M1/M2. Ak M 1С2Н6 = 30, M 2 H2 = 2, stredná molekulová hmotnosť vzduchu je 29, potom je relatívna hustota etánu vzhľadom na vodík D H2 = 30/2 =15.

Relatívna hustota etánu vo vzduchu: D vzduch= 30/29 = 1,03, t.j. etán je 15-krát ťažší ako vodík a 1,03-krát ťažší ako vzduch.

Príklad 3 Stanovenie priemernej molekulovej hmotnosti zmesi plynov relatívnou hustotou.

Vypočítajte priemernú molekulovú hmotnosť zmesi plynov pozostávajúcej z 80 % metánu a 20 % kyslíka (objemovo) pomocou hodnôt relatívnej hustoty týchto plynov vzhľadom na vodík.

Riešenie. Výpočty sa často robia podľa zmiešavacieho pravidla, ktoré spočíva v tom, že pomer objemov plynov v dvojzložkovej zmes plynov nepriamo úmerné rozdielom medzi hustotou zmesi a hustotami plynov, ktoré tvoria túto zmes. Označiť relatívna hustota zmes plynov pre vodík cez D H2. Ona bude väčšia hustota metán, ale menšia hustota kyslík:

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

Hustota vodíka tejto zmesi plynov je 9,6. priemerná molekulová hmotnosť plynnej zmesi M H2 = 2 D H2 = 9,6 x 2 = 19,2.

Príklad 4 Výpočet molárnej hmotnosti plynu.

Hmotnosť 0,327 × 10 -3 m 3 plynu pri 13 0 C a tlaku 1,040 × 10 5 Pa je 0,828 × 10 -3 kg. Vypočítajte molárnu hmotnosť plynu.

Riešenie. Molárnu hmotnosť plynu môžete vypočítať pomocou Mendelejevovej-Clapeyronovej rovnice:

kde m je hmotnosť plynu; M je molárna hmotnosť plynu; R- molárna (univerzálna) plynová konštanta, ktorej hodnota je určená prijatými meracími jednotkami.

Ak sa tlak meria v Pa a objem v m 3, potom R\u003d 8,3144 × 10 3 J / (kmol × K).

3.1. Pri vykonávaní meraní atmosférického vzduchu, ovzdušia pracovného priestoru, ako aj priemyselných emisií a uhľovodíkov v plynovodoch vzniká problém uviesť objemy meraného vzduchu do normálnych (štandardných) podmienok. V praxi sa často pri vykonávaní meraní kvality ovzdušia nepoužíva prevod nameraných koncentrácií na normálne podmienky, výsledkom čoho sú nespoľahlivé výsledky.

Tu je úryvok zo štandardu:

„Merania sa prevedú na štandardné podmienky pomocou nasledujúceho vzorca:

C 0 \u003d C 1 * P 0 T 1 / R 1 T 0

kde: C 0 - výsledok vyjadrený v jednotkách hmotnosti na jednotku objemu vzduchu, kg / cu. m, alebo množstvo látky na jednotku objemu vzduchu, mol / cu. m, pri štandardnej teplote a tlaku;

C 1 - výsledok vyjadrený v jednotkách hmotnosti na jednotku objemu vzduchu, kg / cu. m, alebo množstvo látky na jednotku objemu

vzduch, mol/cu. m, pri teplote T 1, K a tlaku P 1, kPa.

Vzorec na uvedenie do normálnych podmienok v zjednodušenej forme má tvar (2)

C 1 \u003d C 0 * f, kde f \u003d P 1 T 0 / P 0 T 1

štandardný konverzný faktor pre normalizáciu. Parametre vzduchu a nečistôt sa merajú pri rôznych teplotách, tlakoch a vlhkosti. Výsledky vedú k štandardným podmienkam na porovnanie nameraných parametrov kvality ovzdušia v rôznych lokalitách a rôznych klimatických podmienkach.

3.2 Normálne podmienky v odvetví

Normálne podmienky sú štandardné fyzikálne podmienky, s ktorými vlastnosti látok zvyčajne korelujú (štandardná teplota a tlak, STP). Normálne podmienky definuje IUPAC (International Union of Practical and Applied Chemistry) nasledovne: Atmosférický tlak 101325 Pa = 760 mm Hg Teplota vzduchu 273,15 K = 0 °C.

Štandardné podmienky (štandardná okolitá teplota a tlak, SATP) sú normálna okolitá teplota a tlak: tlak 1 bar = 105 Pa = 750,06 mm T. St.; teplota 298,15 K = 25 °C.

Ostatné oblasti.

Merania kvality ovzdušia.

Výsledky meraní koncentrácií škodlivých látok v ovzduší pracovného priestoru vedú k nasledujúcim podmienkam: teplota 293 K (20°C) a tlak 101,3 kPa (760 mm Hg).

Aerodynamické parametre emisií znečisťujúcich látok sa musia merať v súlade s platnými štátnymi normami. Objemy výfukových plynov získané z výsledkov prístrojových meraní sa musia uviesť do normálnych podmienok (n.s.): 0 °C, 101,3 kPa ..

letectva.

Medzinárodná organizácia civilné letectvo(ICAO) definuje medzinárodnú štandardnú atmosféru (ISA) na úrovni mora s teplotou 15°C, atmosférickým tlakom 101325 Pa a relatívnou vlhkosťou 0%. Tieto parametre sa používajú pri výpočte pohybu lietadiel.

Plynové hospodárstvo.

Plynárenský priemysel Ruská federácia v osadách so spotrebiteľmi používa atmosférické podmienky v súlade s GOST 2939-63: teplota 20 ° C (293,15 K); tlak 760 mm Hg. čl. (101325 N/m2); vlhkosť je 0. Hmotnosť kubického metra plynu podľa GOST 2939-63 je teda o niečo menšia ako za „chemických“ normálnych podmienok.

Testy

Na testovanie strojov, zariadení a iných technických výrobkov na normálne hodnoty klimatické faktory pri testovaní produktov (bežné klimatické testovacie podmienky) sa akceptujú:

Teplota - plus 25°±10°С; Relatívna vlhkosť – 45-80%

Atmosférický tlak 84-106 kPa (630-800 mmHg)

Overovanie meracích prístrojov

Nominálne hodnoty najbežnejších normálnych ovplyvňujúcich veličín sú zvolené nasledovne: Teplota - 293 K (20°C), atmosférický tlak - 101,3 kPa (760 mmHg).

Prideľovanie

Usmernenia pre stanovenie noriem kvality ovzdušia uvádzajú, že MPC v okolitom ovzduší sú nastavené za normálnych vnútorných podmienok, t.j. 20 °C a 760 mm. rt. čl.

Kde m je hmotnosť, M je molárna hmotnosť, V je objem.

4. Zákon Avogadro. Založil ho taliansky fyzik Avogadro v roku 1811. Rovnaké objemy akýchkoľvek plynov odobratých pri rovnakej teplote a rovnakom tlaku obsahujú rovnaký počet molekúl.

Koncepciu množstva látky možno teda sformulovať: 1 mol látky obsahuje počet častíc rovný 6,02 * 10 23 (nazýva sa Avogadrova konštanta)

Dôsledkom tohto zákona je to 1 mol akéhokoľvek plynu zaberá za normálnych podmienok (P 0 \u003d 101,3 kPa a T0 \u003d 298 K) objem rovnajúci sa 22,4 litrom.

5. Zákon Boyle-Mariotte

Pri konštantnej teplote je objem daného množstva plynu nepriamo úmerný tlaku, pod ktorým je:

6. Gay-Lussacov zákon

Pri konštantnom tlaku je zmena objemu plynu priamo úmerná teplote:

V/T = konšt.

7. Dá sa vyjadriť vzťah medzi objemom plynu, tlakom a teplotou kombinovaný zákon Boyle-Mariotte a Gay-Lussac, ktorý sa používa na prenos objemov plynu z jedného stavu do druhého:

P 0, V 0 ,T 0 - objemový tlak a teplota za normálnych podmienok: P 0 =760 mm Hg. čl. alebo 101,3 kPa; T 0 \u003d 273 K (0 0 C)

8. Nezávislé posúdenie hodnoty molekul omši M možno vykonať pomocou tzv stavové rovnice pre ideálny plyn alebo Clapeyron-Mendelejevove rovnice :

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

kde R - tlak plynu v uzavretom systéme, V- objem systému, t - hmotnosť plynu T - absolútna teplota, R- univerzálna plynová konštanta.

Všimnite si, že hodnota konštanty R možno získať dosadením hodnôt charakterizujúcich jeden mól plynu pri NC do rovnice (1.1):

r = (p V) / (T) \u003d (101,325 kPa 22,4 l) / (1 mol 273 K) \u003d 8,31 J / mol. K)

Príklady riešenia problémov

Príklad 1 Uvedenie objemu plynu do normálnych podmienok.

Aký objem (n.o.) zaberie 0,4×10 -3 m 3 plynu pri 50 0 C a tlaku 0,954×10 5 Pa?

Riešenie. Ak chcete uviesť objem plynu do normálnych podmienok, použite všeobecný vzorec, ktorý kombinuje zákony Boyle-Mariotte a Gay-Lussac:

pV/T = p0Vo/To.

Objem plynu (n.o.) je , kde To = 273 K; p 0 \u003d 1,013 × 105 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 \u003d 0,32 × 10 -3 m 3.

Keď (n.o.) plyn zaberá objem rovnajúci sa 0,32×10-3 m3.

Príklad 2 Výpočet relatívnej hustoty plynu z jeho molekulovej hmotnosti.

Vypočítajte hustotu etánu C 2 H 6 z vodíka a vzduchu.

Riešenie. Z Avogadrovho zákona vyplýva, že relatívna hustota jedného plynu nad druhým sa rovná pomeru molekulových hmotností ( M h) týchto plynov, t.j. D=M1/M2. Ak M 1С2Н6 = 30, M 2 H2 = 2, priemerná molekulová hmotnosť vzduchu je 29, potom je relatívna hustota etánu vzhľadom na vodík D H2 = 30/2 =15.

Relatívna hustota etánu vo vzduchu: D vzduch= 30/29 = 1,03, t.j. etán je 15-krát ťažší ako vodík a 1,03-krát ťažší ako vzduch.

Príklad 3 Stanovenie priemernej molekulovej hmotnosti zmesi plynov relatívnou hustotou.

Vypočítajte priemernú molekulovú hmotnosť zmesi plynov pozostávajúcej z 80 % metánu a 20 % kyslíka (objemovo) pomocou hodnôt relatívnej hustoty týchto plynov vzhľadom na vodík.

Riešenie. Výpočty sa často robia podľa zmiešavacieho pravidla, ktoré spočíva v tom, že pomer objemov plynov v dvojzložkovej zmesi plynov je nepriamo úmerný rozdielom medzi hustotou zmesi a hustotami plynov, ktoré tvoria túto zmes. . Označme relatívnu hustotu zmesi plynov vzhľadom na priechod vodíka D H2. bude väčšia ako hustota metánu, ale menšia ako hustota kyslíka:

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

Hustota vodíka tejto zmesi plynov je 9,6. priemerná molekulová hmotnosť plynnej zmesi M H2 = 2 D H2 = 9,6 x 2 = 19,2.

Príklad 4 Výpočet molárnej hmotnosti plynu.

Hmotnosť 0,327 × 10 -3 m 3 plynu pri 13 0 C a tlaku 1,040 × 10 5 Pa je 0,828 × 10 -3 kg. Vypočítajte molárnu hmotnosť plynu.

Riešenie. Molárnu hmotnosť plynu môžete vypočítať pomocou Mendelejevovej-Clapeyronovej rovnice:

kde m je hmotnosť plynu; M je molárna hmotnosť plynu; R- molárna (univerzálna) plynová konštanta, ktorej hodnota je určená prijatými meracími jednotkami.

Ak sa tlak meria v Pa a objem v m 3, potom R\u003d 8,3144 × 10 3 J / (kmol × K).