Volume molare di gas in condizioni normali. Come trovare il volume del gas? Leggi dei gas ideali

Una delle unità di base del Sistema Internazionale di Unità (SI) è L'unità di quantità di una sostanza è la mole.

Neo – è la quantità di una sostanza che contiene tante unità strutturali di una determinata sostanza (molecole, atomi, ioni, ecc.) quanti sono gli atomi di carbonio contenuti in 0,012 kg (12 g) di un isotopo di carbonio 12 CON .

Considerando che il valore della massa atomica assoluta del carbonio è pari a M(C) = 1,99 10  26 kg, il numero di atomi di carbonio può essere calcolato N UN, contenuto in 0,012 kg di carbonio.

Una mole di qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di particelle di questa sostanza (unità strutturali). Il numero di unità strutturali contenute in una sostanza con una quantità di una mole è 6,02 10 23 e viene chiamato Numero di Avogadro (N UN ).

Ad esempio, una mole di rame contiene 6,02 10 23 atomi di rame (Cu) e una mole di idrogeno (H 2) contiene 6,02 10 23 molecole di idrogeno.

Massa molare(M) è la massa di una sostanza presa in una quantità di 1 mole.

La massa molare è indicata con la lettera M e ha la dimensione [g/mol]. In fisica si usa l'unità [kg/kmol].

Nel caso generale, il valore numerico della massa molare di una sostanza coincide numericamente con il valore della sua massa molecolare relativa (atomica relativa).

Ad esempio, il peso molecolare relativo dell’acqua è:

Мr(Н 2 О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 a.m.u.

La massa molare dell'acqua ha lo stesso valore, ma è espressa in g/mol:

M (H2O) = 18 g/mol.

Pertanto, una mole d'acqua contenente 6,02 10 23 molecole d'acqua (rispettivamente 2 6,02 10 23 atomi di idrogeno e 6,02 10 23 atomi di ossigeno) ha una massa di 18 grammi. L'acqua, con una quantità di sostanza pari a 1 mole, contiene 2 moli di atomi di idrogeno e una mole di atomi di ossigeno.

1.3.4. Il rapporto tra la massa di una sostanza e la sua quantità

Conoscendo la massa di una sostanza e la sua formula chimica, e quindi il valore della sua massa molare, si può determinare la quantità della sostanza e, viceversa, conoscendo la quantità della sostanza, si può determinarne la massa. Per tali calcoli dovresti usare le formule:

dove ν è la quantità di sostanza, [mol]; M– massa della sostanza, [g] o [kg]; M – massa molare della sostanza, [g/mol] o [kg/kmol].

Ad esempio, per trovare la massa di solfato di sodio (Na 2 SO 4) in una quantità di 5 moli, troviamo:

1) il valore della massa molecolare relativa di Na 2 SO 4, che è la somma dei valori arrotondati delle relative masse atomiche:

Мr(Na 2 SO 4) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,

2) un valore numericamente uguale della massa molare della sostanza:

M(Na2SO4) = 142 g/mol,

3) e, infine, la massa di 5 mol di solfato di sodio:

m = ν M = 5 mol · 142 g/mol = 710 g.

Risposta: 710.

1.3.5. Rapporto tra il volume di una sostanza e la sua quantità

In condizioni normali (n.s.), cioè a pressione R , pari a 101325 Pa (760 mm Hg), e temperatura T, pari a 273,15 K (0 С), una mole di gas e vapori diversi occupa lo stesso volume pari a 22,4 l.

Viene chiamato il volume occupato da 1 mole di gas o vapore a livello del suolo volume molaregas e ha dimensione litro per mole.

Vmol = 22,4 l/mol.

Conoscendo la quantità di sostanza gassosa (ν ) E valore del volume molare (V mol) puoi calcolarne il volume (V) in condizioni normali:

V = νVmol,

dove ν è la quantità di sostanza [mol]; V – volume della sostanza gassosa [l]; Vmol = 22,4 l/mol.

E, viceversa, conoscendo il volume ( V) di una sostanza gassosa in condizioni normali, è possibile calcolarne la quantità (ν). :

Per conoscere la composizione di eventuali sostanze gassose è necessario essere in grado di operare con concetti come volume molare, massa molare e densità della sostanza. In questo articolo vedremo cos'è il volume molare e come calcolarlo?

Quantità di sostanza

Vengono effettuati calcoli quantitativi per realizzare effettivamente un particolare processo o per conoscere la composizione e la struttura di una determinata sostanza. Questi calcoli sono scomodi da eseguire con valori assoluti della massa di atomi o molecole perché sono molto piccoli. Anche le masse atomiche relative non possono essere utilizzate nella maggior parte dei casi, poiché non sono correlate a misure generalmente accettate di massa o volume di una sostanza. Pertanto è stato introdotto il concetto di quantità di una sostanza, che si indica con la lettera greca v (nu) o n. La quantità di una sostanza è proporzionale al numero di unità strutturali (molecole, particelle atomiche) contenute nella sostanza.

L'unità di quantità di una sostanza è la mole.

Una mole è una quantità di sostanza che contiene tante unità strutturali quanti sono gli atomi contenuti in 12 g di un isotopo di carbonio.

La massa di 1 atomo è 12 a. e.m., quindi il numero di atomi contenuti in 12 g di isotopo di carbonio è pari a:

Na= 12g/12*1,66057*10 elevato alla potenza-24g=6,0221*10 elevato alla potenza di 23

La quantità fisica Na è chiamata costante di Avogadro. Una mole di qualsiasi sostanza contiene 6,02 * 10 elevato alla potenza di 23 particelle.

Riso. 1. Legge di Avogadro.

Volume molare del gas

Il volume molare di un gas è il rapporto tra il volume di una sostanza e la quantità di tale sostanza. Questo valore si calcola dividendo la massa molare di una sostanza per la sua densità utilizzando la seguente formula:

dove Vm è il volume molare, M è la massa molare e p è la densità della sostanza.

Riso. 2. Formula del volume molare.

Nel sistema internazionale C, il volume molare delle sostanze gassose è misurato in metri cubi per mole (m 3 /mol)

Il volume molare delle sostanze gassose differisce dalle sostanze allo stato liquido e solido in quanto un elemento gassoso con una quantità di 1 mole occupa sempre lo stesso volume (se sono soddisfatti gli stessi parametri).

Il volume del gas dipende dalla temperatura e dalla pressione, quindi durante il calcolo è necessario prendere il volume del gas in condizioni normali. Le condizioni normali sono considerate una temperatura di 0 gradi e una pressione di 101,325 kPa. Il volume molare di 1 mole di gas in condizioni normali è sempre lo stesso e pari a 22,41 dm 3 /mol. Questo volume è chiamato volume molare di un gas ideale. Cioè, in 1 mole di qualsiasi gas (ossigeno, idrogeno, aria) il volume è 22,41 dm 3 /m.

Riso. 3. Volume molare del gas in condizioni normali.

Tabella "volume molare dei gas"

La tabella seguente mostra il volume di alcuni gas:

Il volume di una grammomolecola di gas, proprio come la massa di una grammomolecola, è un'unità di misura derivata ed è espressa come il rapporto tra unità di volume - litri o millilitri e una mole. Pertanto, la dimensione del volume grammomolecolare è pari a l/mol o ml/mol. Poiché il volume di un gas dipende dalla temperatura e dalla pressione, il volume grammomolecolare di un gas varia a seconda delle condizioni, ma poiché le grammomolecole di tutte le sostanze contengono lo stesso numero di molecole, le grammomolecole di tutte le sostanze sottostanti le stesse condizioni occupano lo stesso volume. In condizioni normali. = 22,4 l/mol, ovvero 22.400 ml/mol. Conversione del volume grammomolecolare di un gas in condizioni normali nel volume in determinate condizioni di produzione. si calcola secondo l'equazione: J-t-tr da cui segue che dove Vo è il volume grammomolecolare del gas in condizioni normali, Umol è il volume grammomolecolare desiderato del gas. Esempio. Calcolare il volume grammomolecolare del gas a 720 mmHg. Arte. e 87°C. Soluzione. I calcoli più importanti riguardano il volume grammomolecolare di un gas a) Conversione del volume del gas nel numero di moli e del numero di moli nel volume del gas. Esempio 1. Calcola quante moli sono contenute in 500 litri di gas in condizioni normali. Soluzione. Esempio 2. Calcolare il volume di 3 mol di gas a 27*C 780 mm Hg. Arte. Soluzione. Calcoliamo il volume grammomolecolare del gas nelle condizioni specificate: V - ™ ** RP st. - 22.A l/mol. 300 deg = 94 p. --273 vrad 780 mm Hg."ap.--24"° Calcolare il volume di 3 moli VOLUME MOLECOLARE IN GRAMMI DEL GAS V = 24,0 l/mol 3 moli = 72 l b) Conversione della massa del gas al suo volume e al volume del gas per la sua massa. Nel primo caso, calcola prima il numero di moli di gas dalla sua massa, quindi il volume di gas dal numero di moli trovato. Nel secondo caso, calcola prima il numero di moli di gas dal suo volume, quindi, dal numero di moli trovato, calcola la massa del gas. Esempio 1, Calcolare quanto volume (a zero) occuperanno 5,5 g di anidride carbonica CO* Soluzione. |icoe ■= 44 g/mol V = 22,4 l/mol 0,125 mol 2,80 l Esempio 2. Calcolare la massa di 800 ml (a zero) di monossido di carbonio CO. Soluzione. |*co => 28 g/mol m « 28 g/lnm 0.036 did* =» 1.000 g Se la massa di un gas non è espressa in grammi, ma in chilogrammi o tonnellate, e il suo volume non è espresso in litri o millilitri , ma in metri cubi , allora è possibile un duplice approccio a questi calcoli: o scomponendo le misure più alte in quelle più basse, oppure calcolando ae con le moli, e con le molecole di chilogrammo o di tonnellata, utilizzando i seguenti rapporti: in condizioni normali condizioni 1 chilogrammo-molecola-22.400 l/kmol, 1 tonnellata molecola - 22.400 m*/tmol. Dimensioni: chilogrammo-molecola - kg/kmol, tonnellata-molecola - t/tmol. Esempio 1. Calcola il volume di 8,2 tonnellate di ossigeno. Soluzione. 1 tonnellata-molecola Oa » 32 t/tmol. Troviamo il numero di tonnellate di molecole di ossigeno contenute in 8,2 tonnellate di ossigeno: 32 t/tmol ** 0,1 Calcoliamo il volume di ossigeno: Uo, = 22.400 m*/tmol 0,1 t/mol = 2240 l" Esempio 2. Calcolare il massa di 1000 -k* ammoniaca (in condizioni standard). Soluzione. Calcoliamo il numero di tonnellate di molecole nella quantità specificata di ammoniaca: "-stag5JT-0,045 t/mol Calcoliamo la massa di ammoniaca: 1 tonnellata di molecola NH, 17 t/mol tyv, = 17 t/mol 0,045 t/ mol * 0,765 t Il principio generale dei calcoli, relativo alle miscele di gas, è che i calcoli relativi ai singoli componenti vengono eseguiti separatamente, e poi i risultati vengono riassunti.Esempio 1. Calcolare il volume di una miscela di gas composta da 140 g di azoto e 30 g di idrogeno in condizioni normali.Soluzione Calcolare il numero di moli di azoto e idrogeno contenute nella miscela (n. "= 28 e/mol; cn, = 2 g/mol): 140 £ 30 in 28 g/mol W VOLUME MOLECOLARE DI GAS totale 20 mol.GRAMMI Calcolare il volume della miscela: Contenuto in 22"4 AlnoAb 20 mol « 448 l Esempio 2. Calcolare la massa 114 di una miscela (in condizioni standard) di monossido di carbonio e anidride carbonica, il la cui composizione volumetrica è espressa dal rapporto: /lso: /iso, = 8:3. Soluzione. Utilizzando la composizione indicata, troviamo i volumi di ciascun gas con il metodo della divisione proporzionale, dopo di che calcoliamo il numero corrispondente di moli: t/ II l "8 Q "" 11 J 8 Q Kcoe 8 + 3 8 * Va> "a & + & * VCQM grfc - 0"36 ^- grfc " « 0.134 zhas* Calcolare! la massa di ciascun gas dal numero trovato di moli di ciascuno di essi. 1 "с 28 g/mol; jico. = 44 g/mol moo " 28 e! mol 0,36 mol "Sud tso. = 44 e/zham" - 0,134 "au> - 5,9 g Sommando le masse trovate di ciascuno dei componenti, troviamo la massa della miscela: t^ j = 10 g -f 5,9 g = 15,9 e Calcolo della massa molecolare del gas per volume grammomolecolare Sopra, abbiamo considerato il metodo per calcolare la massa molecolare di un gas per densità relativa. Ora considereremo il metodo per calcolare la massa molecolare di un gas per volume grammomolecolare. Nel calcolo, procediamo dal fatto che la massa e il volume di un gas sono direttamente proporzionali tra loro. Ne consegue "che il volume di un gas e la sua massa sono correlati tra loro altro allo stesso modo in cui il volume grammomolecolare di un gas sta alla sua massa grammomolecolare, che in forma matematica si esprime come segue: - peso molecolare grammo. Quindi _ Uiol t r? Consideriamo il metodo di calcolo utilizzando un esempio specifico. "Esempio. La massa del gas 34$ ju a 740 mm Hg, pi e 21 ° C è 0,604 g. Calcola la massa molecolare del gas. Soluzione. Per risolvere è necessario conoscere il volume grammomolecolare del gas. Pertanto, prima di procedere con i calcoli, è necessario fermarsi ad un certo volume grammomolecolare di gas. È possibile utilizzare il volume grammomolecolare standard di un gas, che è 22,4 l/mol. Quindi il volume di gas specificato nella dichiarazione del problema deve essere portato a condizioni normali. Ma, al contrario, puoi calcolare il volume grammomolecolare di un gas nelle condizioni specificate nel problema. Con il primo metodo di calcolo si ottiene il seguente disegno: 740 * mHg.. 340 ml - 273 gradi ^ Q ^ 0 760 mm Hg. Arte. 294 gradi ™ 1 l.1 - 22,4 l/mol 0,604 in _ s, ipya. -tn-8 = 44 g, M0AB Con il secondo metodo troviamo: V - 22»4 A! mol No. mm Hg. Art.-29A deg 0A77 l1ylv. Uiol 273 vrad 740 mm Hg. Arte. ~ R*0** In entrambi i casi calcoliamo la massa di una grammomolecola, ma poiché la grammomolecola è numericamente uguale alla massa molecolare, troviamo così la massa molecolare.

I gas sono gli oggetti più semplici da studiare, quindi le loro proprietà e reazioni tra le sostanze gassose sono state studiate in modo più approfondito. Per facilitarci la comprensione delle regole decisionali compiti di calcolo,basato sulle equazioni delle reazioni chimiche,è consigliabile considerare queste leggi fin dall'inizio dello studio sistematico della chimica generale

Lo scienziato francese J.L. Gay-Lussac ha dettato legge relazioni volumetriche:

Per esempio, 1 litro di cloro si connette con 1 litro di idrogeno , formando 2 litri di acido cloridrico ; 2 l di ossido di zolfo (IV) connesso con 1 litro di ossigeno, formando 1 litro di ossido di zolfo (VI).

Questa legge ha permesso allo scienziato italiano supponiamo che le molecole di gas semplici ( idrogeno, ossigeno, azoto, cloro, ecc. ) consiste in due atomi identici . Quando l'idrogeno si combina con il cloro, le loro molecole si scompongono in atomi e questi ultimi formano molecole di acido cloridrico. Ma poiché da una molecola di idrogeno e una molecola di cloro si formano due molecole di acido cloridrico, il volume di quest'ultimo deve essere uguale alla somma dei volumi dei gas originari.
Pertanto, le relazioni volumetriche sono facilmente spiegabili se si procede dall'idea della natura biatomica delle molecole di gas semplici ( H2, Cl2, O2, N2, ecc. ) - Questo, a sua volta, serve come prova della natura biatomica delle molecole di queste sostanze.
Lo studio delle proprietà dei gas permise ad A. Avogadro di avanzare un'ipotesi, successivamente confermata da dati sperimentali, e quindi diventata nota come legge di Avogadro:

La legge di Avogadro implica un importante conseguenza: nelle stesse condizioni, 1 mole di qualsiasi gas occupa lo stesso volume.

Questo volume può essere calcolato se la massa è nota 1 litro gas In condizioni normali condizioni, (n.s.) cioè temperatura 273К (О°С) e pressione 101.325 Pa (760 mmHg) , la massa di 1 litro di idrogeno è 0,09 g, la sua massa molare è 1,008 2 = 2,016 g/mol. Allora il volume occupato da 1 mole di idrogeno in condizioni normali è pari a 22,4 l

Nelle stesse condizioni la massa 1l ossigeno 1,492 g ; molare 32 g/mol . Quindi anche il volume di ossigeno a (n.s.) è uguale a 22,4 mol.

Quindi:

Il volume molare di un gas è il rapporto tra il volume di una sostanza e la quantità di tale sostanza:

Dove V M - volume molare del gas (dimensionl/mol ); V è il volume della sostanza del sistema;N - la quantità di sostanza presente nel sistema. Voce di esempio:V M gas (BENE.)=22,4 l/mol.

In base alla legge di Avogadro si determinano le masse molari delle sostanze gassose. Maggiore è la massa delle molecole di gas, maggiore è la massa dello stesso volume di gas. Volumi uguali di gas nelle stesse condizioni contengono lo stesso numero di molecole, e quindi di moli di gas. Il rapporto tra le masse di volumi uguali di gas è uguale al rapporto delle loro masse molari:

Dove M 1 - massa di un certo volume del primo gas; M 2 — massa dello stesso volume del secondo gas; M 1 E M 2 - masse molari del primo e del secondo gas.

Tipicamente, la densità del gas è determinata in relazione al gas più leggero: l'idrogeno (indicato D H2 ). La massa molare dell'idrogeno è 2 g/mol . Pertanto otteniamo.

La massa molecolare di una sostanza allo stato gassoso è pari al doppio della sua densità di idrogeno.

Spesso la densità di un gas è determinata rispetto all'aria (D B ) . Sebbene l'aria sia una miscela di gas, si parla ancora della sua massa molare media. È pari a 29 g/mol. In questo caso, la massa molare è determinata dall'espressione M = 29D B .

La determinazione delle masse molecolari ha mostrato che le molecole di gas semplici sono costituite da due atomi (H2, F2,Cl2, O2 N2) e le molecole di gas inerti sono costituite da un atomo (Lui, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Per i gas nobili “molecola” e “atomo” sono equivalenti.

Legge Boyle-Mariotte: a temperatura costante, il volume di una data quantità di gas è inversamente proporzionale alla pressione alla quale si trova.Da qui pV = cost ,
Dove R - pressione, V - volume di gas.

Legge di Gay-Lussac: a pressione costante e la variazione del volume del gas è direttamente proporzionale alla temperatura, cioè
V/T = cost,
Dove T - temperatura su scala A (Kelvin)

Legge combinata dei gas di Boyle - Mariotte e Gay-Lussac:
pV/T = cost.
Questa formula viene solitamente utilizzata per calcolare il volume di un gas in determinate condizioni se è noto il suo volume in altre condizioni. Se viene effettuata una transizione dalle condizioni normali (o alle condizioni normali), questa formula viene scritta come segue:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
Dove R 0 ,V 0 ,T 0 -pressione, volume del gas e temperatura in condizioni normali ( R 0 = 101 325 Pa , T 0 = 273K V 0 =22,4 l/mol) .

Se si conoscono la massa e la quantità di un gas, ma è necessario calcolarne il volume, o viceversa, utilizzare Equazione di Mendeleev-Clayperon:

Dove N - quantità di sostanza gassosa, mol; M — massa, g; M - massa molare del gas, g/iolo ; R — costante universale dei gas. R = 8,31 J/(mol*K)