отношение плотности кислорода к плотности водорода при нормальных условиях равно

*§ 8-1. Закон Авогадро. Относительная плотность газов. Объёмная доля газа в смеси

Сайт:	Профильное обучение
Курс:	Химия. 10 класс
Книга:	*§ 8-1. Закон Авогадро. Относительная плотность газов. Объёмная доля газа в смеси
Напечатано::	Гость
Дата:	Понедельник, 8 Ноябрь 2021, 03:26

Оглавление

Закон Авогадро. Относительная плотность газов. Объёмная доля газа в смеси

Как вам известно, вещества могут находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Молекулы жидкости и твёрдого вещества располагаются близко друг к другу. Это возможно благодаря тому, что молекулы притягиваются друг к другу. То есть существуют силы, которые удерживают молекулы жидкости или твёрдого вещества вместе. Из курса химии 8-го класса вы знаете, что эти силы называются силами межмолекулярного взаимодействия. Молекулы газов находятся на значительно большем расстоянии друг от друга, чем в случае жидкостей и твёрдых веществ. На таком расстоянии молекулы практически не взаимодействуют друг с другом. Поэтому, чтобы превратить жидкость или твёрдое вещество в газ, необходимо преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия, отдалив молекулы друг от друга.

Переход в газообразное состояние осуществляется в результате нагревания веществ, находящихся в твёрдом или жидком состоянии (кипение жидкостей, возгонка твёрдых веществ).

Так как расстояние между молекулами газов значительно больше размеров самих молекул, то объём, который занимает газ, — это, по существу, объём свободного пространства между хаотически движущимися молекулами газа. Величина этого пространства определяется условиями, при которых находится газ, т. е. температурой и давлением. Эта величина примерно одинакова для всех газов. При этом объёмом, занимаемым самими молекулами, можно пренебречь. Отсюда следует закон Авогадро — в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Интересно знать

Из закона Авогадро вытекают два основных следствия.

.

Таким образом, из закона Авогадро следует, что 22,4 дм 3 любого газа при нормальных условиях содержат 6,02 ∙ 10 23 молекул.

Второе следствие. Плотности газов относятся между собой как молярные массы газов.

Это видно из следующих соображений. Пусть имеется две порции различных газов. Рассчитаем их плотности:

газ 1: ;

газ 2: .

Разделив плотность первого газа на плотность второго, получим: .

Зная D и молярную массу одного газа, легко найти молярную массу другого газа:

Пример 1. Относительная плотность газа по водороду равна 8. Определите молярную массу газа.

Пример 2. Относительная плотность некоторого газообразного углеводорода по воздуху равна 2. Определите молярную массу углеводорода.

Средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль ;

Следует отметить, что газы с молярной массой меньше 29 легче воздуха, больше 29 — тяжелее.

В расчётных задачах могут быть даны относительные плотности неизвестного газа по азоту, кислороду и другим газам. В этом случае для нахождения молярной массы неизвестного газа необходимо умножить относительную плотность на молярную массу соответственно азота (28 г/моль ), кислорода (32 г/моль ) и т. д.

Закон Авогадро широко применяется в химических расчётах. Поскольку для газов объёмы пропорциональны количествам (моль) веществ, то коэффициенты в уравнении реакции между газообразными веществами, отражающие количественное соотношение реагирующих веществ, пропорциональны объёмам взаимодействующих газов. Очевидно, что объёмы должны быть измерены при одинаковых условиях.

Пример 3. Какой объём кислорода потребуется для сжигания 2 дм 3 пропана? Объёмы измерены при н. у.

Уравнение реакции горения пропана:

С₃Н₈ + 5О₂ 3СО₂ + 4Н₂О

2 дм 3 С₃Н₈ — 10 дм 3 О₂

Смеси газов

Состав смеси газов часто выражают в объёмных долях. Объёмная доля газа обозначается греческой буквой φ (фи) и равна отношению объёма данного газа к объёму смеси. Рассчитаем объёмную долю азота в полученной выше смеси газов:

φ = = 0,5, или 50 %.

Пример 4. В результате пропускания 150 дм 3 (н. у.) воздуха через избыток известковой воды выпало 0,201 г осадка. Найдите объёмную долю (%) углекислого газа в данном образце воздуха.

Уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с известковой водой:

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О

Найдём количество (моль) карбоната кальция, выпавшего в осадок (M(CaCO₃) = 100 г/моль ):

По уравнению реакции:

Рассчитаем объёмную долю углекислого газа в воздухе:

V(CO₂) = 0,00201 ∙ 22,4 = 0,045 дм 3 ;

φ(СО₂) = 0,045/150 = 0,0003, или 0,03 %.

Уравнение реакции взаимодействия водорода с хлором:

H₂ + Cl₂ 2HCl

Поскольку после взаимодействия осталось 10 см 3 хлора, то 40 см 3 исходной смеси прореагировало. Хлор и водород реагируют между собой в равных объёмных отношениях. Исходя из этих соображений, в реакцию вступили по 20 см 3 хлора и водорода. Поскольку осталось 10 см 3 хлора, то в первоначальной смеси было 20 см 3 водорода и 30 см 3 хлора.

Рассчитаем объёмные доли газов в исходной смеси:

φ(Cl₂) = 30/50 = 0,6, или 60 %.

Согласно закону Авогадро, в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул.

Один моль любого газа при нормальных условиях (температура таяния льда, атмосферное давление) занимает объём

Плотности газов, измеренные при одинаковых условиях, относятся между собой как их молярные массы. Это отношение называется относительной плотностью одного газа по другому газу.

Объёмная доля газа в смеси равна отношению объёма данного газа к общему объёму смеси.

Вопросы и задания

1. Сформулируйте закон Авогадро. Почему он выполняется для газообразных веществ и не выполняется для веществ в твёрдом или жидком состоянии?

2. Что такое молярный объём газа? Как он изменяется с увеличением температуры и давления?

3. Как результаты экспериментов по измерению объёмов газов, участвующих в реакциях взаимодействия хлора с водородом и азота с кислородом, позволили Авогадро прийти к выводу о том, что азот, кислород, хлор и водород состоят из двухатомных молекул? Учтите, что в результате взаимодействия азота с кислородом, протекающего только при чрезвычайно высокой температуре, образуется оксид азота(II).

4. Относительная плотность по водороду некоторого углеводорода равна 15. Установите молярную массу углеводорода и приведите его формулу.

5. В результате взрыва смеси, состоящей из 1 дм 3 неизвестного газа и 2 дм 3 кислорода (исходные вещества прореагировали полностью), образовалось 2 дм 3 углекислого газа и 1 дм 3 азота. Все объёмы измерены при одинаковых условиях. Установите формулу неизвестного газа. (Ответ: C₂N₂.)

Источник

Химия. 10 класс

*§ 8-1. Закон Авогадро. Относительная плотность газов. Объёмная доля газа в смеси

Закон Авогадро. Относительная плотность газов. Объёмная доля газа в смеси

Как вам известно, вещества могут находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Молекулы жидкости и твёрдого вещества располагаются близко друг к другу. Это возможно благодаря тому, что молекулы притягиваются друг к другу. То есть существуют силы, которые удерживают молекулы жидкости или твёрдого вещества вместе. Из курса химии 8-го класса вы знаете, что эти силы называются силами межмолекулярного взаимодействия. Молекулы газов находятся на значительно большем расстоянии друг от друга, чем в случае жидкостей и твёрдых веществ. На таком расстоянии молекулы практически не взаимодействуют друг с другом. Поэтому, чтобы превратить жидкость или твёрдое вещество в газ, необходимо преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия, отдалив молекулы друг от друга.

Переход в газообразное состояние осуществляется в результате нагревания веществ, находящихся в твёрдом или жидком состоянии (кипение жидкостей, возгонка твёрдых веществ).

Так как расстояние между молекулами газов значительно больше размеров самих молекул, то объём, который занимает газ, — это, по существу, объём свободного пространства между хаотически движущимися молекулами газа. Величина этого пространства определяется условиями, при которых находится газ, т. е. температурой и давлением. Эта величина примерно одинакова для всех газов. При этом объёмом, занимаемым самими молекулами, можно пренебречь. Отсюда следует закон Авогадро — в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Интересно знать

Из закона Авогадро вытекают два основных следствия.

.

Таким образом, из закона Авогадро следует, что 22,4 дм 3 любого газа при нормальных условиях содержат 6,02 ∙ 10 23 молекул.

Второе следствие. Плотности газов относятся между собой как молярные массы газов.

Это видно из следующих соображений. Пусть имеется две порции различных газов. Рассчитаем их плотности:

газ 1: ;

газ 2: .

Разделив плотность первого газа на плотность второго, получим: .

Зная D и молярную массу одного газа, легко найти молярную массу другого газа:

Пример 1. Относительная плотность газа по водороду равна 8. Определите молярную массу газа.

Пример 2. Относительная плотность некоторого газообразного углеводорода по воздуху равна 2. Определите молярную массу углеводорода.

Средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль ;

Следует отметить, что газы с молярной массой меньше 29 легче воздуха, больше 29 — тяжелее.

В расчётных задачах могут быть даны относительные плотности неизвестного газа по азоту, кислороду и другим газам. В этом случае для нахождения молярной массы неизвестного газа необходимо умножить относительную плотность на молярную массу соответственно азота (28 г/моль ), кислорода (32 г/моль ) и т. д.

Закон Авогадро широко применяется в химических расчётах. Поскольку для газов объёмы пропорциональны количествам (моль) веществ, то коэффициенты в уравнении реакции между газообразными веществами, отражающие количественное соотношение реагирующих веществ, пропорциональны объёмам взаимодействующих газов. Очевидно, что объёмы должны быть измерены при одинаковых условиях.

Пример 3. Какой объём кислорода потребуется для сжигания 2 дм 3 пропана? Объёмы измерены при н. у.

Уравнение реакции горения пропана:

С₃Н₈ + 5О₂ 3СО₂ + 4Н₂О

2 дм 3 С₃Н₈ — 10 дм 3 О₂

Смеси газов

Состав смеси газов часто выражают в объёмных долях. Объёмная доля газа обозначается греческой буквой φ (фи) и равна отношению объёма данного газа к объёму смеси. Рассчитаем объёмную долю азота в полученной выше смеси газов:

φ = = 0,5, или 50 %.

Пример 4. В результате пропускания 150 дм 3 (н. у.) воздуха через избыток известковой воды выпало 0,201 г осадка. Найдите объёмную долю (%) углекислого газа в данном образце воздуха.

Уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с известковой водой:

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О

Найдём количество (моль) карбоната кальция, выпавшего в осадок (M(CaCO₃) = 100 г/моль ):

По уравнению реакции:

Рассчитаем объёмную долю углекислого газа в воздухе:

V(CO₂) = 0,00201 ∙ 22,4 = 0,045 дм 3 ;

φ(СО₂) = 0,045/150 = 0,0003, или 0,03 %.

Уравнение реакции взаимодействия водорода с хлором:

H₂ + Cl₂ 2HCl

Поскольку после взаимодействия осталось 10 см 3 хлора, то 40 см 3 исходной смеси прореагировало. Хлор и водород реагируют между собой в равных объёмных отношениях. Исходя из этих соображений, в реакцию вступили по 20 см 3 хлора и водорода. Поскольку осталось 10 см 3 хлора, то в первоначальной смеси было 20 см 3 водорода и 30 см 3 хлора.

Рассчитаем объёмные доли газов в исходной смеси:

φ(Cl₂) = 30/50 = 0,6, или 60 %.

Согласно закону Авогадро, в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул.

Один моль любого газа при нормальных условиях (температура таяния льда, атмосферное давление) занимает объём

Плотности газов, измеренные при одинаковых условиях, относятся между собой как их молярные массы. Это отношение называется относительной плотностью одного газа по другому газу.

Объёмная доля газа в смеси равна отношению объёма данного газа к общему объёму смеси.

Источник

Теплопроводность, плотность и теплофизические свойства водорода H2

Плотность водорода

В таблице представлены значения плотности водорода H₂ в зависимости от температуры и давления.

Как известно, водород является самым легким газом на планете. При высоких температурах его плотность чрезвычайно мала и кубометр этого газа в таких условиях будет весить всего несколько грамм.

При нагревании водород становится менее плотным, его плотность снижается. Однако при росте давления, плотность водорода будет увеличиваться пропорционально давлению.

В таблице представлена плотность газообразного водорода в кг/м 3 при нормальном атмосферном давлении в зависимости от температуры при отрицательных и положительных ее значениях.

Плотность водорода в зависимости от температуры при атмосферном давлении

t, °С	-73	-53	-33	-13	7	27	77	127	177	227
ρ, кг/м 3	0,1211	0,1101	0,1010	0,0932	0,0865	0,0808	0,0692	0,0606	0,0539	0,0485
t, °С	277	327	377	477	577	727	927	1027	1127	1227
ρ, кг/м 3	0,0441	0,0404	0,0373	0,0323	0,0285	0,0242	0,0202	0,0186	0,0173	0,0162

Плотность водорода в следующей таблице приведена в размерности в кг/м 3 при температуре от 0 до 1000 °С и давлении от 1 до 100 бар.

Плотность водорода при различных температурах и давлениях

↓ t, °С / P, бар →	1	10	20	40	60	80	100
0	0,0870	0,8654	1,720	3,398	5,033	6,627	8,181
100	0,0637	0,6342	1,232	2,499	3,712	4,900	6,064
300	0,0415	0,4136	0,824	1,637	2,431	3,229	4,009
500	0,0308	0,3068	0,612	1,219	1,820	2,416	3,007
700	0,0244	0,2439	0,487	0,970	1,450	1,927	2,400
1000	0,0187	0,1865	0,373	0,743	1,111	1,478	1,842

Теплофизические свойства водорода

В таблице даны теплофизические свойства водорода в зависимости от температуры и давления.
Свойства указаны в интервале температуры от 0 до 1000°С, давление водорода в таблице изменяется от 1 до 100 бар.

В таблице приведены следующие свойства водорода:

Некоторые свойства водорода сильно зависят от температуры и давления. Так, с повышением давления и при снижении температуры, значительно увеличивается плотность водорода.

Теплоемкость водорода с ростом температуры увеличивается слабо. По данным таблицы также видно, что удельная теплоемкость водорода от давления практически не зависит.

Значение теплопроводности, вязкости и температуропроводности водорода увеличиваются с ростом его температуры. С повышением давления водорода уменьшается величина его температуропроводности. Число Прандтля водорода почти не зависит от температуры и давления.

Теплопроводность водорода при атмосферном давлении

Например, при 270 К (-3°С) теплопроводность водорода равна 0,167 Вт/(м·град).

По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность водорода увеличивается.

Теплопроводность водорода при высоких температурах

В таблице представлена теплопроводность водорода при высоких температурах в зависимости от давления. Размерность теплопроводности в таблице Вт/(м·град).

Например при температуре 6000 К и давлении 200 бар водород имеет теплопроводность 11,83 Вт/(м·град), что сравнимо с теплопроводность такого металла, как висмут.

Источники:

Источник

Отношение плотности кислорода к плотности водорода при нормальных условиях равно

I. Закон объемных отношений

«Объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа».

Следствие. Стехиометрические коэффициенты в уравнениях химических реакций для молекул газообразных веществ показывают, в каких объемных отношениях реагируют или получаются газообразные вещества.

При окислении двух объемов оксида углерода (II) одним объемом кислорода образуется 2 объема углекислого газа, т.е. объем исходной реакционной смеси уменьшается на 1 объем.

При синтезе аммиака из элементов:

II. Решите задачу по образцу

Вычислите объём кислорода, который потребуется для сжигания 5 м 3 метана СН₄н.у.?

Какой объём кислорода (н.у.) потребуется для полного сгорания 10 м 3 пропана С₃Н₈ (н.у.)?

2. Согласно закону объёмных отношений для газов:

V(О₂) = (10 · 5) /1= 50 м 3

Ответ: для сжигания 10 м 3 пропана потребуется 50 м 3 кислорода.

III. Относительная плотность газов

Закон Авогадро : в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. (1811 г, итальянский учёный Амедео Авогадро)

C ледствия из закона Авогадро :

2 следствие:

Отношение масс одинаковых объёмов различных газов при одинаковых условиях равно отношению их молярных масс (поскольку в равных объёмах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул и, следовательно, одинаковое число молей):

Это отношение называется относительной плотностью D ( или d) одного газа по другому.

D – показывает во сколько раз один газ тяжелее или легче другого и является безразмерной величиной.

D_{воздуха} (газа)= Mr(газа)/Mr(воздуха)=Mr(газа)/29.

Задача

Образец: Найдите относительную плотность газа N₂ по воздуху?

Ответ: газ азот легче воздуха в 0,97 раз D_{воздуха} (N₂)= 0,97

Задачи для самостоятельного решения

Решите задачуи для закрепления:

Источник

Плотность газа

Плотность газа и другие его физические свойства

Одной из важнейших физических свойств газообразных веществ является значение их плотности.

Зачастую, применительно к газам используют понятие «относительная плотность». Данная величина представляет собой отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму.

Например, при нормальных условиях масса диокисда углерода в объеме 1 л равна 1,98 г, а масса водорода в том же объеме и при тех же условиях – 0,09 г, откуда плотность диоксида углерода по водороду составит: 1,98 / 0,09 = 22.

Относительная плотность газа

Обозначим относительную плотность газа m₁ / m₂ буквой D. Тогда

Следовательно, молярная масса газа равна его плотности по отношению у другому газа, умноженной на молярную массу второго газа.

Часто плотности различных газов определяют по отношению к водороду, как самому легкому из всех газов. Поскольку молярная масса водорода равна 2,0158 г/моль, то в этом случае уравнение для расчета молярных масс принимает вид:

или, если округлить молярную массу водорода до 2:

Вычисляя, например, по этому уравнению молярную массу диоксида углерода, плотность которого по водороду, как указано выше равна 22, находим:

M(CO₂) = 2 × 22 = 44 г/моль.

Плотность газа в лабораторных условиях самостоятельно можно определить следующим образом: необходимо взять стеклянную колбу с краном и взвесить её на аналитических весах. Первоначальный вес – вес колбы, из которой откачали весь воздух, конечный – вес колбы, наполненной до конкретного давления исследуемым газом. Разность полученных масс следует разделить на объем колбы. Вычисленное значение и есть плотность газа в данных условиях.

Чтобы рассчитать плотность газа при н.у. нужно воспользоваться уравнением состояния идеального газа:

В таблице ниже приведены значения плотностей некоторых газов.

Таблица 1. Плотность газов при нормальных условиях.

Источник