Розрахунок об'ємних cоотношеній газів при хімічних реакціях
Перш ніж приступити до вирішення завдань з даної теми, потрібно згадати теоретичний матеріал.
Однакові обсяги різних газів при однакових умов містять однакове число молекул.
Слідство із закону Авогадро
При однакових умовах $ 1 $ моль будь-якого газу займає однаковий об'єм.
Обсяг газу кількістю $ 1 $ моль, виміряний при н. у. називають молярним об'ємом і позначають $ V_m $.
Отже: $ n = / $, де $ V $ - обсяг газу, $ n $ - кількість газу.
Звідси $ V = V_m · n $ і $ V_m = / $.
Молярний об'єм - це фізична величина, що дорівнює відношенню обсягу речовини до кількості речовини.
На підставі закону Авогадро можна визначати молекулярні маси газоподібних речовин по їх щільності. Відносну щільність газу позначають буквою $ D $ (безрозмірна величина).
Відношення маси певного обсягу одного газу до маси такого ж об'єму іншого газу (при однакових умовах) називається щільністю першого газу за другим.
$ D (H_2) = / = / $, де $ n $ - число молекул в даному обсязі, $ M $ - молярна маса газу, число $ 2 $ - молярна маса водню, $ D (H_2) $ - щільність за воднем.
Щільність по повітрю $ D (\ text "пов.") = / $, Де $ M (\ text "пов.") = 29 $ м / моль.
Закон об'ємних співвідношень
При однакових умовах обсяги газів, що вступають в реакцію, відносяться один до одного, а також щодо обсягам газоподібних продуктів як невеликі цілі числа.
Коефіцієнти в рівняннях реакцій показують числа обсягів реагують і утворилися газоподібних речовин.
Наприклад: $ 2 $ обсягу водню і $ 1 $ об'єм кисню дають $ 2 $ обсягу водяної пари:
Молярний об'єм газоподібних речовин виражається в л / моль: $ V_m = 22.4 $ л / моль.
У розрахунках слід враховувати, що обсяг:
- одного миллимоля (мМ) - $ 22.4 мл $;
- одного кіломоля (км) - $ 22.4 м ^ 3 $;
- одного МегаМол (ММ) - $ 22 400 м ^ 3 $.
Завдання 1. Знайдіть масу $ 33.6 м ^ 3 $ аміаку $ NH_3 $ при н. у.
Завдання 2. Знайдіть масу і об'єм (н.у.), які мають $ 18 · 10 ^ $ молекул сірководню $ H_2S $. При вирішенні завдання звернемо увагу на число молекул $ 18 · 10 ^ $. Так як $ 10 ^ $ в $ 1000 $ разів менше $ 10 ^ $, розрахунки слід вести з використанням ммоль, мл / моль і мг / моль.
Рішення. Ставлення обсягів реагують газів дозволяє провести розрахунки, які не обчислюючи відносних молекулярних мас.
Відповідь: для спалювання $ 5м ^ 3 $ метану потрібно $ 10м ^ 3 $ кисню.
Розрахунок теплового ефекту реакції
Реакції, що протікають з виділенням теплоти, називаються екзотермічні.
Якщо перед числом, що виражає теплоту реакції, варто знак "+", значить, енергія виділяється.
Реакції, що протікають з поглинанням теплоти, називаються ендотермічними.
Якщо перед числом, що виражає теплоту реакції, варто знак "-", значить, енергія поглинається.
Теплоту реакції записують зазвичай в кінці рівняння, її ще називають тепловим ефектом хімічної реакції і позначають буквою $ Q $ (Дж, кДж).
Хімічні рівняння, в яких вказується тепловий ефект, називаються термохімічними.
$ 2H_2 + O_2 = 2H_2O $ - ендотермічна реакція.
$ S + O_2 = SO_2 + 297 $ кДж - екзотермічна реакція.
Для термохімічного рівняння:
існує прямо пропорційна залежність між кількістю вихідної речовини $ A-nA $ і кількістю виділилася або поглиненої теплоти $ Q_1 $:
Завдання 1. Розрахуйте по термохімічне рівняння кількість теплоти, що виділилася при згоранні $ 1 $ кг вугілля: $ C + O_2 = CO_2 + 402.24 $ кДж.
Дане термохімічне рівняння показує, що при згорянні $ 1 $ моль вугілля ($ 12 $ г) виділилося $ 402.24 $ кДж. Можна скласти пропорцію:
$ 12 $ м вугілля - $ 402.24 $ кДж
$ 1000 $ с вугілля - $ Q_1 $
Відповідь: $ 33 520 $ кДж виділяється при згорянні $ 1 $ кг вугілля.
Завдання 2. При взаємодії алюмінію масою $ 9 $ г з киснем виділилося $ 274.44 $ кДж теплоти. Складіть термохімічне рівняння реакції.
1. Визначаємо кількість речовини алюмінію, взятого для реакції:
2. Складаємо рівняння реакції горіння алюмінію:
3. Застосовуємо формулу $ / = / $ до рівняння реакції і знаходимо кількість виділилася теплоти, якщо в реакцію вступило $ 4 $ моль алюмінію:
4. Термохімічне рівняння реакції має такий вигляд: