"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Молярный объём газа — это объём, который занимает один моль газа при определённых температуре и давлении. Он помогает связывать объём газа с количеством вещества и числом его молекул. При нормальных условиях молярный объём любого газа принимают равным 22,4 л/моль. Зная объём, можно вычислить количество вещества, а затем и число молекул.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Количество вещества n — физическая величина, показывающая число структурных частиц: молекул, атомов или ионов. Его измеряют в молях, а один моль содержит 6,02 · 10²³ частиц. Это понятие нужно, чтобы считать очень большое число частиц через удобную величину n.
Молярный объём газа Vₘ — объём, занимаемый одним молем газа при заданных температуре и давлении. Его вычисляют по формуле Vₘ = V/n, где V — объём газа, а n — количество вещества. Величина помогает связать измеряемый объём с числом молей газа.
Закон Авогадро утверждает: в равных объёмах разных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Поэтому при одних и тех же условиях один моль любого газа занимает одинаковый объём. Закон позволяет применять общий молярный объём к разным газам.
Нормальные условия — это условия, для которых в школьных расчётах принимают температуру 0 °C и давление 101,3 кПа. При них молярный объём газа равен 22,4 л/моль. Указание условий необходимо, потому что при нагревании, охлаждении или изменении давления объём газа меняется.
Моль любого газа содержит одно и то же число молекул — число Авогадро. Если температура и давление одинаковы, движение и расстояния между молекулами подчиняются одним и тем же общим закономерностям. Поэтому одинаковое число молекул занимает одинаковый объём, а один моль разных газов имеет один и тот же молярный объём.
Молярный объём зависит от условий, потому что газ легко сжимается и расширяется. При повышении температуры частицы движутся быстрее и газ обычно занимает больший объём, а при увеличении давления его объём уменьшается. Значение 22,4 л/моль относится только к нормальным условиям, поэтому использовать его без проверки условий нельзя.
Если один моль газа занимает Vₘ, то n молей займут в n раз больший объём. Отсюда получают формулу V = Vₘ · n. Разделив обе части на Vₘ, находят количество вещества: n = V/Vₘ; так объём превращается в число молей.
Количество молекул связано с количеством вещества формулой N = n · Nₐ, где Nₐ = 6,02 · 10²³ моль⁻¹. Сначала по объёму находят n, а затем умножают его на число Авогадро. Во всех действиях единицы должны быть согласованы: например, литры с л/моль, а миллилитры сначала переводят в литры.
| Величина или соотношение | Обозначение | Формула или значение | Единица измерения |
|---|---|---|---|
| Объём газа | V | Заданный объём газа | л, мл |
| Количество вещества | n | n = V/Vₘ | моль |
| Молярный объём газа при нормальных условиях | Vₘ | 22,4 л/моль | л/моль |
| Связь объёма и количества вещества | V, Vₘ, n | V = Vₘ · n | л |
| Число частиц в заданном количестве вещества | N | N = n · Nₐ | частицы |
Сначала найдите в условии известную величину и проверьте, при каких условиях находится газ. Затем выберите формулу, в которой есть искомая величина, и подставьте согласованные единицы. Если требуется число молекул, расчёт выполняют в два шага: сначала находят количество вещества, затем используют число Авогадро.
Найти количество вещества в 44,8 л газа при нормальных условиях. При этих условиях молярный объём равен 22,4 л/моль. Искомую величину найдём делением объёма на молярный объём.
Ответ: количество вещества газа равно 2 моль.
Определить объём 0,75 моль газа при нормальных условиях. Известны количество вещества и молярный объём, поэтому используем формулу V = Vₘ · n. Единица л/моль при умножении на моль даст литры.
Ответ: объём газа равен 16,8 л.
Найти число молекул в 11,2 л газа при нормальных условиях. Одной формулой сразу пользоваться неудобно, потому что сначала нужно узнать количество вещества. После этого результат умножают на число Авогадро.
Ответ: в данном объёме содержится 3,01 · 10²³ молекул газа.
Используют 22,4 л/моль, не проверив условия задачи. Это значение относится только к нормальным условиям, поэтому при других температуре или давлении нужен другой молярный объём. Проверьте, указаны ли 0 °C и 101,3 кПа.
Путают молярный объём с объёмом газа. Vₘ — объём одного моля, а V — объём конкретного количества газа. Проверьте смысл ответа: при n = 2 моль объём при нормальных условиях должен быть вдвое больше 22,4 л.
Подставляют миллилитры в формулу, где Vₘ выражен в литрах на моль. Ошибка возникает из-за несогласованных единиц и меняет результат в тысячу раз. Перед вычислением переведите миллилитры в литры: 1000 мл = 1 л.
Считают, что равные объёмы газов содержат одинаковое число молекул при любых условиях. Закон Авогадро действует только при одинаковых температуре и давлении. В условии нужно отдельно сравнить оба условия для газов.
Для расчётов нужны понятия количества вещества, моля и числа Авогадро. Также необходимо уметь переводить литры в миллилитры и наоборот, чтобы единицы в формуле совпадали.
Связь объёма газа с количеством вещества используется в расчётах по уравнениям химических реакций. Сначала по коэффициентам находят соотношение молей газов, а затем переводят количество вещества в объём с помощью V = Vₘ · n.
Почему молярный объём газов одинаков для разных газов?
По закону Авогадро равные объёмы разных газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул. Поэтому один моль любого газа, содержащий одинаковое число частиц, занимает одинаковый объём.
Всегда ли молярный объём газа равен 22,4 л/моль?
Нет, это значение используют при нормальных условиях: температуре 0 °C и давлении 101,3 кПа. При изменении температуры или давления молярный объём тоже изменяется.
Чем молярный объём отличается от объёма газа?
Объём газа V относится к данному количеству газа, а молярный объём Vₘ показывает объём одного моля. Поэтому молярный объём является постоянным только при определённых условиях.
Как найти количество вещества, если известен объём газа?
Нужно разделить объём газа на молярный объём: n = V/Vₘ. Значение Vₘ выбирают в соответствии с температурой и давлением, а единицы объёма предварительно согласуют.
Как по объёму газа определить число его молекул?
Сначала находят количество вещества по формуле n = V/Vₘ. Затем умножают полученное значение на число Авогадро: N = n · Nₐ.
§ 17. Молярный объём газов
