"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Закон Авогадро помогает сравнивать газы: при одинаковых температуре и давлении равные объёмы содержат одинаковое число молекул. Поэтому один моль любого газа в одних и тех же условиях занимает одинаковый объём. При нормальных условиях этот молярный объём равен примерно 22,4 л/моль. Зная его, можно находить объём газа по количеству вещества или, наоборот, рассчитывать количество вещества по объёму. Эти знания нужны и для задач о газах, и для расчётов по химическим уравнениям.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Закон Авогадро утверждает: при одинаковых температуре и давлении равные объёмы газов содержат одинаковое число молекул. Иначе говоря, сравнивать объёмы газов можно только при совпадающих условиях. Закон позволяет связывать объём газа с числом его молекул.
Молярный объём газа — это объём, который занимает один моль газа при заданных температуре и давлении. Его обозначают Vₘ и обычно измеряют в литрах на моль. С этой величиной удобно находить объёмы газов, когда известно количество вещества.
Нормальные условия — температура 0 °C и давление 101,3 кПа. При этих условиях молярный объём газа приблизительно равен 22,4 л/моль. Это число помогает выполнять расчёты, но только если в задаче указаны нормальные условия.
Объём газа V и количество вещества n связаны формулой V = nVₘ, где V измеряется в литрах, n — в молях, а Vₘ — в литрах на моль. Чтобы найти количество вещества, формулу преобразуют: n = V/Vₘ. Такая запись помогает выбрать нужное действие в задаче.
Газ занимает объём потому, что его молекулы движутся и находятся на некотором расстоянии друг от друга. Чем больше молекул в сосуде, тем больший объём обычно требуется, если температура и давление сохраняются. Температура связана со скоростью движения частиц: при нагревании газ стремится расшириться. Давление показывает, насколько сильно частицы воздействуют на стенки, поэтому изменение давления тоже меняет занимаемый газом объём.
Закон Авогадро сравнивает разные газы не по их массе или химическому составу, а по объёму при одинаковых условиях. Например, равные объёмы кислорода и азота при одной температуре и одном давлении содержат одинаковое число молекул. При этом масса этих объёмов может быть разной, потому что молекулы разных газов имеют разную массу. Значит, равенство объёмов не означает равенства масс.
Почему число молекул оказывается одинаковым? При одной температуре молекулы разных газов движутся в сопоставимых тепловых условиях, а одинаковое давление задаёт одинаковое воздействие газа на стенки. Если в равных объёмах при этих условиях было бы разное число молекул, различалось бы и их суммарное воздействие. Закон Авогадро описывает результат: при совпадающих температуре и давлении равным объёмам соответствует одинаковое число частиц.
Один моль любого вещества содержит одинаковое число частиц — число Авогадро. Поэтому один моль разных газов при одинаковых температуре и давлении содержит одинаковое число молекул. По закону Авогадро такие порции газов занимают одинаковые объёмы, а этот объём и называют молярным. Так объясняется, почему молярные объёмы разных газов равны, если условия совпадают.
При нормальных условиях для расчётов принимают Vₘ = 22,4 л/моль. Это значит, что один моль газа занимает примерно 22,4 л, а два моля — примерно вдвое больше. Температура влияет на движение и расстояние между молекулами, а давление — на степень сжатия газа. Поэтому при других условиях молярный объём может быть иным, и значение 22,4 л/моль нельзя применять без проверки.
| Понятие | Содержание | Обозначение или формула | Условия применения |
|---|---|---|---|
| Закон Авогадро | Равные объёмы газов содержат одинаковое число молекул. | V₁ = V₂; N₁ = N₂ | Одинаковые температура и давление |
| Молярный объём газа | Объём одного моля газа. | Vₘ | Заданная температура и давление |
| Связь объёма и количества вещества | Объём равен произведению количества вещества на молярный объём. | V = nVₘ; n = V/Vₘ | Vₘ соответствует условиям газа |
| Значение при нормальных условиях | Один моль газа занимает примерно 22,4 л. | Vₘ ≈ 22,4 л/моль | 0 °C и 101,3 кПа |
Сначала найди в таблице известные величины и проверь условия задачи. Если нужно найти объём, используй V = nVₘ, а если количество вещества — n = V/Vₘ. Значение 22,4 л/моль подходит только для нормальных условий.
Задача 1. Какой объём занимают 2 моль кислорода при нормальных условиях? Условия указаны, значит можно взять молярный объём 22,4 л/моль. Требуется объём, поэтому количество вещества умножаем на молярный объём.
Ответ: 44,8 л кислорода.
Задача 2. Сколько молей газа содержится в 11,2 л азота при нормальных условиях? Известны объём и подходящий для этих условий молярный объём. Чтобы найти количество вещества, объём делим на объём одного моля.
Ответ: 0,5 моль азота.
Задача 3. Какой объём при нормальных условиях занимают 3,01 · 10²³ молекул углекислого газа? Сначала число молекул нужно перевести в количество вещества, потому что формула объёма использует моли. Один моль содержит 6,02 · 10²³ молекул, поэтому данное число — половина моля.
Ответ: 11,2 л углекислого газа.
Использовать 22,4 л/моль без проверки условий — значит считать нормальными любые температуру и давление. Так делают, потому что часто запоминают число, но забывают, к чему оно относится. Перед вычислением выпиши условия и убедись, что это 0 °C и 101,3 кПа; иначе заданное значение может не подойти.
Молярный объём иногда принимают за объём всего образца газа. На самом деле Vₘ относится только к одному молю, а образец может содержать любое количество вещества. Проверь смысл единиц: л/моль означает объём, приходящийся на один моль; объём образца обозначается V и измеряется в литрах.
Ещё одна ошибка — перепутать формулы и умножить объём на молярный объём, когда нужно найти количество вещества. Путаница возникает, если не определить заранее, что именно требуется найти. Для самопроверки посмотри на единицы: л разделить на л/моль — получится моль, поэтому n = V/Vₘ.
Нельзя заключать, что равные объёмы газов всегда содержат одинаковое число молекул. Закон Авогадро действует при одинаковых температуре и давлении, а эти условия легко упустить при чтении задачи. Проверь, указаны ли они и совпадают ли для сравниваемых газов; без этого вывод делать нельзя.
Чтобы пользоваться законом Авогадро, нужно знать, что такое количество вещества, уметь выражать его в молях и помнить число Авогадро: оно показывает число частиц в одном моле. Эти знания помогают переводить число молекул в количество вещества, как в третьей задаче. Тема также нужна при расчётах по уравнениям химических реакций с газами: по количеству вещества можно определить объём реагента или продукта, если известны условия.
Почему одинаковые объёмы разных газов содержат одинаковое число молекул?
Это следует из закона Авогадро: при одинаковых температуре и давлении равные объёмы газов содержат одинаковое число молекул. Вид газа при этом не меняет соотношение между объёмом и числом молекул.
Что называют молярным объёмом газа?
Молярный объём — это объём, который занимает один моль газа при заданных температуре и давлении. Его обозначают Vₘ.
Чему равен молярный объём при нормальных условиях?
При температуре 0 °C и давлении 101,3 кПа молярный объём газа составляет примерно 22,4 л/моль. Это значение используют в расчётах, если газ находится именно при таких условиях.
Можно ли использовать значение 22,4 л/моль при любых температуре и давлении?
Нет. Значение 22,4 л/моль относится к нормальным условиям: 0 °C и 101,3 кПа. При другой температуре или давлении молярный объём может отличаться.
Как найти количество вещества газа, если известен его объём?
Объём газа нужно разделить на молярный объём: n = V/Vₘ. Сначала проверь, что V и Vₘ выражены в одинаковых единицах объёма и что выбранное значение Vₘ соответствует условиям.
§ 38. Закон Авогадро. Молярный объём газов
