Формула объема в химии
В химии, равно как и в физике очень важным является понятие объема, поскольку для решения задач, связанных с газообразными веществами, приходится оперировать именно этой величиной.
а) Закон Авогадро, молярный объем газа
Поскольку газы являются наиболее простым объектом для исследования, то их свойства и реакции между газообразными веществами изучены наиболее полно.
Французский ученый Ж. Л. Гей-Люссак установил закон объемных соотношений: объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как простые целые числа. Например, при взаимодействии 1 л хлора с 1 л водорода будет образовываться 2 л хлороводорода и т.д.
Этот закон позволил итальянскому ученому А. Авогадро предположить, что молекулы простых газов состоят из двух одинаковых атомов (водород, кислород, азот и др.). Изучение свойств газов позволило ему высказать гипотезу, которая впоследствии получила экспериментальное подтверждение и стала называться законом Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Следовательно, при нормальных условиях 1 моль различных газов занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа:
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).
Примеры решения задач
| Задание | При полном сгорании на воздухе 7,4 г кислородсодержащего органического соединения образовалось 6,72 л (н.у.) углекислого газа и 5,4 мл воды. Выведите формулу этого соединения. |
| Решение | Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно: |
Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.
Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):
M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;
M(H2O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль
m(C) = [6,72 / 22,4]×12 = 3,6 г;
m(H) = [2×5,4 ×1 / 18 ×1 (г/мл)] = 0,6 г
Определим химическую формулу соединения:
x:y:z = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(O)/Ar(O);
x:y:z= 3,6/12 :0,6/1 :3,2/16;
x:y:z= 0,3 : 0,6 : 0,2 = 1,5: 3 : 1 = 3 : 6 : 2
Значит простейшая формула соединения C3H6O2и молярную массу 64 г/моль [M(C3H6O2) = 3×Ar(C) + 6×Ar(H) + 2×Ar(O);M(C3H6O2) = = 3×12 + 6×1 + 2×16 ;M(C3H6O2) = 26 + 6 + 32 = 64 / моль].
| Задание | Какова молекулярная формула спирта, если массовые отношения m(C):m(H):m(O) = 3:1:4 и относительная молекулярная масса Mr = 32? |
| Решение | Для того, чтобы узнать, в каких отношениях находятся химические элементы в составе молекулы необходимо найти их количество вещества. Известно, что для нахождения количества вещества следует использовать формулу: |
Найдем молярные массы углерода, водорода и кислорода (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(C) = 12 г/моль, М(H) = 1 г/моль, а M(O) = 16г/моль.
Тогда, количество вещества этих элементов равно:
n (C) = 3 / 12 = 0,25 моль
n (H) = 1 / 1 = 1моль
n (O) = 4 / 16 = 0,25 моль
Найдем мольное отношение:
n(C) :n(H):n(O) = 0,25 : 1 : 0, 25 = 1 :4 : 1,
т.е. формула соединения спирта имеет вид CH3OH. Это метанол
Источник
Урок 9. Молярная масса и молярный объем
В уроке 9 «Молярная масса и молярный объем» из курса «Химия для чайников» выясним, что подразумевается под молярной массой и молярным объемом; приведем формулы для их вычисления. Напоминаю, что в прошлом уроке «Химическое количество вещества и моль» мы выяснили, что такое химическое количество вещества; рассмотрели моль в качестве единицы количества вещества, а также познакомились с постоянной Авогадро.
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:
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.
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:
- Масса вещества химическим количеством 1 моль называется его молярной массой. Она равна отношению массы данной порции вещества к его химическому количеству.
- Объем газообразных веществ химическим количеством 1 моль при нормальных условиях одинаков и равен 22,4 дм 3 .
- Величина, равная 22,4 дм 3 /моль, называется молярным объемом газов.
Надеюсь урок 9 «Молярная масса и молярный объем» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Данный урок был заключительным в главе «Основные химические понятия».
Источник
Формулы для решения задач по химии
Так как химия наука точная, она неразрывно связана с различного рода вычислениями. Чтобы решать задачи, нужно знать формулы и хорошо в них ориентироваться. Без этих базовых знаний и навыков изучение химии становится невозможным.
Мы собрали для вас основные химические формулы, изучаемые в школьном курсе. Они пригодятся каждому ученику, особенно тем, кто будет сдавать ОГЭ или ЕГЭ по этому непростому, но очень интересному предмету.
Нахождение количества вещества
Первое и основное понятие, которое необходимо усвоить – это количество вещества, измеряемое в молях и обозначающееся латинской буквой «n». Для его нахождения нужно основываться на условии задачи, так как вычислить количество вещества можно по трём формулам:
1) По массе. n=m/M — Массу вещества (в граммах) разделить на его молярную массу (в г/моль).
2) По объёму. n=V/Vm — Отношением объёма вещества к его молярному объёму (используется для газов).
3) По числу молекул. n=N/NA – Число молекул вещества делённое на число Авогадро. Число Авогадро (NA) – физическая величина, указывающая на число молекул, содержащихся в 1 моле вещества, и численно равная 6,0221 * 10 23 моль -1 .
Формулы для нахождения массы
Массу вещества можно найти несколькими способами:
1. Умножив количество вещества на молярную массу: m (г) = n (моль)×M (г/моль).
2. Произведением объёма раствора и его плотности: m = V (л) ×ρ (г/л).
3. Перемножив массовую долю с массой раствора: m = m(р-ра) × ω.
Молярная масса (М) – это масса одного моля вещества. Вычисляется она следующим образом: посредством сложения атомных масс элементов, из которых состоит вещество, получаем относительную молекулярную массу. Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе, но имеет размерность «г/моль». Также молярную массу можно найти с помощью отношения массы вещества к его количеству:
Формулы для нахождения объёма
Для вычисления объёма того или иного вещества можно воспользоваться одной из формул:
1. Объём раствора находится как отношение массы раствора к его плотности:
2. Объём газа равен отношению его количества вещества к молярному объёму:
Молярный объём (VM) – объём, который занимает 1 моль вещества при определённых показателях давления и температуры. Находится при делении молярной массы вещества на его плотность:
При нормальных условиях молярный объём газа равен 22,4 л/моль.
Формулы для нахождения плотности и относительной плотности
Плотность (ρ) – физическая величина, указывающая на массу определённого вещества, содержащуюся в единице объёма.
Следовательно, формула для её вычисления имеет вид:
Помимо основной, существует формула для нахождения плотности газа при нормальных условиях, где молярная масса делится на молярный объём газа при н.у.:
Относительная плотность (D) газов – величина, указывающая насколько одно вещество тяжелее или легче другого. Вычисляется она отношением молярных масс газов:
Например, условием было найти плотность газа по водороду. Решение будет иметь вид: D = M(газа)/M(H2) = M(газа)/2. Относительная плотность является безразмерной величиной.
Формулы для нахождения концентрации
Молярная концентрация (С) – отношение количества растворённого вещества к объёму раствора. Единица измерения – моль/л. Молярная концентрация вычисляется по формуле:
Массовая концентрация чаще всего называется титром (Т). Это отношение массы растворённого вещества к объёму раствора. Единица измерения — г/л.
Массовая доля (ω) – это один из вариантов выражения концентрации. С её помощью можно вычислить процентное содержание растворённого вещества в общей массе раствора:
По такому же принципу вычисляется массовая доля определённого компонента в смеси:
Если возникает необходимость найти массовую долю химического элемента в соединении, то нужно относительную атомную массу этого элемента умножить на число атомов в соединении и разделить на молекулярную массу вещества:
Формулы для нахождения выхода продукта реакции
Под выходом продукта реакции (ᶯ) подразумевается отношение массы (объёма, количества) вещества, полученного на практике, к теоретически возможному (рассчитанному по уравнению реакции). Единица измерения – доля, а проценты — если результат умножить на 100 !
Для его вычисления, в зависимости от условия задачи, используются следующие формулы:
Попрактиковать решение задач и знание формул возможно в приложении «ХиШник». Оно содержит в себе каталог заданий, которые, в свою очередь, разделены по темам и уровням сложности. Если вы дали неверный ответ, то приложение не просто уведомит об этом, а предложит правильный алгоритм решения. Также в нём есть раздел для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ, в котором собраны типовые задания.
Знание расчётных формул – это ключевой момент при решении задач. Главное, понимать их, а не бездумно заучивать. Так как они будут использоваться не только в школьных задачах, на ЕГЭ и ОГЭ, но и в дальнейшей жизни, даже если ваша профессиональная сфера будет далека от химии.
Источник