Как найти объем н2о

Вычисление объема газообразной воды, образованной при взаимодействии водорода с кислородом

Во многих вариантах раздела «В10» встречалась следующая задача, требующая некоторых пояснений.
Задача 49
Объем паров воды, образовавшихся при взаимодействии 3 л Н2 и 2 л О2, равен . л (запишите число с точностью до целых).

На первый взгляд, данная задача ничем не отличается от задач про горение этана других органических веществ. Но при реакции водорода с кислородом образуется вода.

При условиях проведения реакции, когда выделяется большое количество теплоты и температура довольно высока, вода действительно находится в газообразном состоянии. Но условия (давление и температура), в которых она находится в момент образования, отличаются от условий, при которых измерены объемы исходных веществ. Поэтому для вычисления объема с использованием закона объемных отношений воду необходимо привести к условиям измерения объемов Н2 и О2, а это может послужить причиной ее конденсации.

Решая данную задачу в условиях экзамена, необходимо считать, что исходные объемы Н2 и О2 измерены в таких условиях, в которых вода находится в газообразном состоянии и после реакции всю систему вновь приводят к исходным условиям. Только при таком предположении можно вести расчет по закону объемных отношений.
Применительно к величинам объемов Н2 и О2, указанным в условии, задача решается следующим образом.

1. Определяем, какое из исходных веществ дано в недостатке. Так как и водород, и кислород являются газами, для них применим закон объемных отношений:

Согласно уравнению реакции, получим:

Следовательно, для полного расходования обоих газов объем кислорода должен быть в 2 раза меньше объема водорода.

По условию задачи

Следовательно, водород дан в недостатке. По нему ведем дальнейший расчет.

2. Считая, что вся вода находится в газообразном состоянии при тех же условиях, что и исходные газы, находим ее объем.

Вновь используем закон объемных отношений:

Ответ:V(H2O(газ)) = 3л.

Источник

Как найти объем в химии ℹ️

Молярная масса

Вы знаете, что одинаковое химическое количество любых веществ содержит одно и то же число структурных единиц. Но у каждого вещества его структурная единица имеет собственную массу. Поэтому и массы одинаковых химических количеств различных веществ тоже будут различны.

Молярная масса — это масса порции вещества химическим количеством 1 моль.

Молярная масса вещества Х обозначается символом M(Х) . Она равна отношению массы данной порции вещества m(Х) (в г или кг) к его химическому количеству n(Х) (в моль):

В Международной системе единиц молярная масса выражается в кг/моль. В химии чаще используется дольная единица — г/моль.

Определим молярную массу углерода. Масса углерода химическим количеством 1 моль равна 0,012 кг, или 12 г. Отсюда:

Молярная масса любого вещества, если она выражена в г/моль, численно равна его относительной молекулярной (формульной) массе.

На рисунке 47 показаны образцы веществ (H2O, CaCO3, Zn), химическое количество которых одно и то же — 1 моль. Как видите, массы разных веществ химическим количеством 1 моль различны.

Молярная масса является важной характеристикой каждого отдельного вещества. Она отражает зависимость между массой и химическим количеством вещества. Зная одну из этих величин, можно определить вторую — массу по химическому количеству:

и, наоборот, химическое количество по массе:

а также число структурных единиц:

Взаимосвязь между этими тремя характеристиками вещества в любом его агрегатном состоянии можно выразить простой схемой:

Формула и алгоритм нахождения объёма

Сегодня мы научимся одному немаловажному умению в химии – находить объём различных растворов и прочих веществ. Это знание необходимо потому, что оно поможет нам в решении многих задач как в тетради, так и в жизни. Нужно лишь знать устоявшуюся формулу.

Важно понимать, что формула нахождения объёма может быть разной в зависимости от того вещества, объём которого нам предстоит найти, а точнее, от агрегатного состояния этого вещества. Для нахождения объёма газа и жидкости используются разные, непохожие друг на друга формулы.

Читайте также:  Как замерить объем ягодиц у женщин

Чёткая и правильная формула для расчёта объёма жидкости выглядит следующим образом: С=n/V.

  1. C – молярная масса раствора (моль на литр).
  2. n – количество вещества (моль).
  3. V – объём вещества-жидкости (литры).

Из этого следует что V=n/c.

Cуществует и вторая формула для нахождения объёма жидкости при другой задаче и других данных: V=m/p.

  1. V – объём и измеряется он в миллилитрах.
  2. m – масса, измеряется в граммах.
  3. p – плотность, измеряется в граммах, делённых на миллилитры.

В случае если, кроме объёма, требуется также найти массу, это можно сделать, зная формулу и количество нужного вещества. При помощи формулы вещества находим его молярную массу путём сложения атомной массы всех элементов, которые входят в его состав.

Для примера возьмём M (AuSo2) и при расчётах у нас должно выйти 197+32+16 * 2 = 261 г/моль. После проведённых расчётов находим массу по формуле m=n*M, где, следовательно:

  1. m – масса.
  2. n – количество вещества, которое измеряется в молях (моль).
  3. M – молярная масса вещества: граммы, делённые на моль.

Количество вещества, как правило, даётся в задаче. Если же нет, то, скорее всего, допущена опечатка или ошибка в условии, и вам стоит обратиться за помощью и объяснениями к учителю, а не пытаться самим вывести несуществующую величину. Основные формулы и алгоритмы решения приведены в данной статье.

Также существует формула для нахождения объёма газа, и выглядит она так – V=n*Vm:

  1. V – объём газа (литры).
  2. n – количество вещества (моль).
  3. Vm – молярный объём газа (литры/моль).

Но есть своего рода исключение. Оно состоит в том, что при нормальных условиях, то есть при определённом давлении и температуре, объём газа является постоянной величиной, равной 22,3 л/моль.

Есть и третий вариант. Если в самом задании будет присутствовать уравнение реакции, тогда ход решения должен проходить иначе. Из уравнения, которое у вас имеется, можно найти количество каждого вещества, оно будет равняться коэффициенту. К примеру, Ch4 + 2O2 = CO2 + H2O. Из этого уравнения следует, что 1 моль метана и 2 моль кислорода при взаимодействии дают 1 моль углерода и 1 моль воды. Даже если учесть тот факт, что в условии имеется количество вещества лишь одного-единственного компонента, не составит труда найти количество всех остальных веществ. Если количество метана составит 0,3 моль, значит, n(Сh4) будет равняться 0,6 моль, n(CO2) = 0,3 моль, n(H2O) = 0.3 моль.

б) Газовые законы объем газа

Кроме вышеуказанной формулы для решения расчетных химических задач, нередко приходится использовать газовые законы, известные из курса физики.

При постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится:

При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре:

— Объединенный газовый закон Бойля-Мариотта и Гей-Люссака

Помимо этого, если известна масса или количество газа, его объем можно вычислить, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:

где n–число молей вещества, m–масса (г), Ь – молярная масса газа (г/моль), R – универсальная газовая постоянная равная 8,31 Дж/(моль×К).

Молярный объем кристаллов

Объем Vя элементарной ячейки кристалла вычисляют с помощью характеристик кристаллической структуры, которые определяют на основании результатов рентгеноструктурного анализа.

Зависимость между объемом ячейки и молярным объемом: Vm=VяNA/Z где Z — определяет, сколько формульных единиц в элементарной ячейке.

Молярный объем

В отличие от твердых и жидких веществ все газообразные вещества химическим количеством 1 моль занимают одинаковый объем (при одинаковых условиях). Эта величина называется молярным объемом и обозначается Vm .

Подобно молярной массе, молярный объем газа равен отношению объема данного газообразного вещества V(Х) к его химическому количеству n(Х) :

Так как объем газа зависит от температуры и давления, то при проведении различных расчетов берутся обычно объемы газов при нормальных условиях (сокращенно — н. у.). За нормальные условия принимаются температура 0 °С и давление 101,325 кПа.

Установлено, что при нормальных условиях отношение объема любой порции газа к химическому количеству газа есть величина постоянная и равная 22,4 дм 3 /моль. Другими словами, молярный объем любого газа при нормальных условиях:

Молярный объем — это объем, равный 22,4 дм 3 , который занимает 1 моль любого газа при нормальных условиях.

Читайте также:  Как называется отношение между понятиями объемы которых частично совпадают

Пример 1. Вычислите химическое количество SiO2, масса которого равна 240 г.

Пример 2. Определите массу серной кислоты H2SO4, химическое количество которой 2,5 моль.

Пример 3. Сколько молекул CO2 и сколько атомов кислорода содержится в углекислом газе массой 110 г?

Пример 4. Какой объем занимает кислород химическим количеством 5 моль при нормальных условиях?

Краткие выводы урока:

  1. Масса вещества химическим количеством 1 моль называется его молярной массой. Она равна отношению массы данной порции вещества к его химическому количеству.
  2. Объем газообразных веществ химическим количеством 1 моль при нормальных условиях одинаков и равен 22,4 дм 3 .
  3. Величина, равная 22,4 дм 3 /моль, называется молярным объемом газов.

Надеюсь урок 9 «» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Данный урок был заключительным в главе «».

Источник

Расчет количества вещества чистой жидкости

Если известна масса, то расчет аналогичен расчету для индивидуального твердого вещества.

Если известен объем жидкости, то

1 Найти массу этого объема жидкости:

2 Найти число молей жидкости:

.

Эта методика подходит для любого агрегатного состояния вещества.

Пример:

Определить количества вещества Н2О в 200 мл воды.

Решение: если температура не оговаривается, то плотность воды принимается 1 г/мл, тогда:

1

2

Расчет количества растворенного вещества в растворе,

Если известна его концентрация

Если известна массовая доля растворенного вещества, плотность раствора и его объем, то

1 Рассчитать массу раствора:

2 Рассчитать массу растворенного вещества

,

где — масса растворенного вещества, г;

— массовая доля растворенного вещества, выраженная в %.

3 Рассчитать число молей растворенного вещества

.

Пример:

Определить количество вещества азотной кислоты в 500 мл 10 % раствора кислоты плотностью 1,0543 г/мл.

1 Определить массу раствора

2 Определить массу чистой HNO3

3 Определить число молей HNO3

Если известна молярная концентрация растворенного вещества и вещества и объем раствора, то

,

где — объем раствора, л;

— молярная концентрация i-го вещества в растворе, моль/л.

Расчет количества индивидуального
газообразного вещества

Если дана масса газообразного вещества, то рассчитывается по формуле (1).

Если дан объем, измеренный при нормальных условиях, — то по формуле (2), если объем газообразного вещества измерен при любых других условиях, — то по формуле (3),формулы приведены на страницах 6-7.

Газовые смеси

Газовые смеси всегда однородны (гомогенны). Каждый компонент газовой смеси имеет свой парциальный объем (Vi) и парциальное давление (Рi) .

Парциальным называют давление компонента газовой смеси, если бы компонент занимал весь объем газовой смеси, а другие компоненты отсутствовали.

Парциальным объемом называют объем, который занимал бы компонент газовой смеси, если его давление было равно давлению в газовой смеси, а другие компоненты отсутствовали.

Согласно закону Дальтона

Состав газообразной смеси чаще всего выражается в объемных или мольных долях. Объемная доля (φi) – есть отношение парциального объема компонента к общему объему газовой смеси, а мольная доля (χi) – отношение количества вещества компонента к общему количеству вещества смеси:

Объемная и мольная доли могут быть выражены в долях единицы или в процентах. Для газовых смесей значения объемной и мольной доли одного и того же компонента равны.

Парциальное давление и объем компонента газовой смеси связаны с общим объемом и давлением следующие соотношениями:

Парциальное давление и объем связаны с остальными параметрами газовой смеси через уравнение Менделеева-Клапейрона

Средняя молярная масса смеси веществ в любом агрегатном состоянии может быть рассчитана из значений мольных долей составляющих компонентов.

где Мi – молярная масса i-го компонента смеси, г/моль.

Для газовых смесей вместо мольных долей можно использовать объемные доли

Примеры решения задач

Пример 1:[1]

Смесь оксидов углерода (II) и (IV) массой 48 г занимает объем 33,6 л (при н. у.). Рассчитайте объемы газов в смеси.

Определить среднюю молярную массу смеси.

Можно воспользоваться следствием из закона Авогадро:

.

.

Можно рассчитать по уравнению Менделеева-Клапейрона

.

Определить состав смеси в объемных долях.

.

Пусть , тогда .

.

Следовательно , а .

Найти объем каждого компонента газовой смеси

.

.

Пусть в смеси содержится х молей СО и y молей СО2. Выразим объем и массу смеси через введенные переменные и составим систему уравнений

Читайте также:  Газообразное состояние вещества имеет собственный объем

Часто в инженерных расчетах нужно уметь пересчитывать состав газовой смеси из объемных процентов — в массовые, для этого необходимо рассчитать массу смеси и массу каждого компонента в отдельности.

Пример 2:

Определить массу 10 м 3 газовой смеси состава: 21 % О2 и 79 % N2 при 50 °С и 100 кПа.

Составы газовых смесей принято рассчитывать в объемных процентах, поэтому можно рассчитывать парциональные объемы кислорода и азота в смеси ( ).

,

.

Так как условия отличны от нормальных, то нужно найти количество вещества каждого компонента газовой смеси по формуле (3):

,

,

.

Найдем массу каждого компонента газовой смеси, решив ее относительно mi

,

.

Масса газовой смеси равна сумме масс ее компонентов

или .

Пример 3:

Определить металл, 0,54 г которого вытесняют из щелочи 0,743 л водорода, собранного над водой при температуре 17 °С и давлении 744,53 мм рт. ст.

В задаче не известен металл, а, следовательно, и его степень окисления в соли, поэтому такую задачу удобно решать, используя закон эквивалентов.

По закону эквивалентов для водорода во всех реакциях , следовательно,

, но эквивалентный объем водорода изменен при н.у., а в задаче объем газа измерен при t = 17 °С и Ратм = 744,53 мм рт. ст. Кроме этого, в условии задачи сказано, что водород собирали над водой, следовательно, объем вытесненного газа представляет собой газовую смесь Н2 + Н2Опар, поэтому

,

где — давление насыщенного пара воды (см. приложение).

Пользуясь уравнением состояния идеального газа, привести объем водорода к нормальным условиям

,

где , , — давление водорода, объем и температура при н. у.

, , — парциальное давление водорода при температуре Т и в объеме газовой смеси V.

, тогда

.

Для t = 17 °С и =14,53 мм рт. ст. (см. приложение).

.

Рассчитать количество вещества эквивалента водорода.

.

Согласно закону эквивалентов

.

Найти молярную массу эквивалента металла

.

С другой стороны

= · .

Так как валентность металла неизвестна и в условии задачи не хватает данных для ее расчетного определения, то необходимо определить атомную массу металла путем перебора возможных валентностей. При переборе валентность не может быть более 4, а решением будет металл, который обладает амфотерными свойствами. Перебор удобнее представить в виде таблицы.

валентность
металл Ве быть не может, т. к. у него нет валентности 1 Al Решение задачи, у алюминия есть валентность 3, и он проявляет амфотерные свойства

Пример 4:

Найти элемент, формулу его оксида, состав оксида в массовых долях, показать с помощью реакций его кислотно-основной характер, если известно, что на горение 1,44 г простого вещества израсходовано 0,672 л кислорода, приведенного к н. у.

В этой задаче также не известен элемент и его степень окисления, но известен второй элемент – кислород, который в большинстве соединений проявляет степень окисления равную (-2), поэтому решать эту задачу удобно, используя закон эквивалентов.

,

,

где — объем прореагировавшего кислорода при н.у.;

— объем одного моль эквивалента кислорода.

,

экв.

экв,

экв.

следовательно, = экв,

а экв.

Определить массовые доли элементов в оксиде.

Пусть масса оксида равна m, а массовая доля элемента
1-х. Масса элемента в оксиде составит , а масса кислорода . Согласно следствию из закона эквивалентов

.

Подставить известные и выраженные через х величины

,

,

.

Следовательно, массовая доля кислорода в оксиде 0,4, а массовая доля элемента 0,6.

Найти массу кислорода, прореагировавшего с простым веществом

,

.

Масса оксида составит:

.

Рассчитать массовые доли элементов в оксиде.

,

.

Элемент определить аналогично примеру № 3, только для оксидов валентность элемента может быть от 1 до 8 включительно.

валентность
элемент С Mg Ti Kr Мо
обсуждение Быть не может, так как не проявляет в оксидах валентность 1 Решение задачи Решение задачи Быть не может Быть не может у, него нет валентности 8

Как видно из таблицы задача имеет два решения Mg и Ti.

Mg → валентность 2, оксид MgО, свойства – основные, т. е. оксид реагирует с кислотами и не реагирует с щелочами

Ti – валентность 4, оксид TiО2, свойства амфотерные, т. е. оксид реагирует как с кислотами, так и с щелочами.

,

.

Источник

Поделиться с друзьями
Объясняем