1.6. Закон Авогадро как один из основных законов химии

Итальянский ученый А. Авогадро в 1811 году сформулировал закон, согласно которому в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул. Объяснение этого закона кроется в особенностях газообразного состояния вещества. Как вам известно из курса физики, расстояния между молекулами газов многократно превышают размеры самих молекул. Поэтому объем, занимаемый определенной порцией газа, зависит в основном от этих расстояний, а не от размеров молекул.

Для решения практических задач важны следствия из закона Авогадро.

Следствие первое. Одинаковое число молекул любого газа при одинаковых давлении и температуре занимает равный объем.

Следствие второе. Молярный объем газов Vm — величина постоянная при неизменных температуре и давлении.

Математически это записывается так:

Как было отмечено в § 4 (с. 24), при нормальных условиях молярный объем любого газа равен 22,4 дм3/моль:

Vm = 22,4 дм3/моль.

Это равенство для разных газов объясняется тем, что вещество количеством 1 моль всегда содержит 6,02 ∙ 1023 частиц.

Следствие третье. Массы одинаковых объемов двух газов при одинаковых условиях относятся как их молярные массы.

Покажем это на примере двух произвольных газов одинакового объема V при одних и тех же условиях. Известно, что . Поскольку объемы равны: V1 = V2, то . Сократив обе части уравнения на Vm, получим: .

Отношение называют относительной плотностью первого газа по второму (D): .

Знание относительной плотности одного газа Х по второму газу Y позволяет определить молярную массу одного из газов, если известна молярная масса другого газа: M(X) = M(Y) · DY(X).

Обычно относительную плотность газов веществ определяют по отношению к водороду или по отношению к воздуху.

Относительная плотность газов D, в отличие от их плотностей ρ, является величиной, не зависящей от температуры и давления.

В химических реакциях соблюдается закон сохранения массы, но объем реакционной смеси может существенно изменяться, если химическая реакция протекает между газообразными веществами или газообразные вещества образуются в результате реакции. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . При этом объемы газообразных реагентов и продуктов относятся между собой, как коэффициенты в уравнении соответствующей реакции. Поясним это на примере реакции окисления аммиака NH3 кислородом с образованием азота и воды:

Соотношение объемов газообразных исходных веществ и продуктов (н. у.) реакции равно:

V(NH3) : V(O2) : V(N2) = (4 · 22,4 дм3) : (3 · 22,4 дм3) : (2 · 22,4 дм3) = 4 : 3 : 2.

Итак, отношение объемов газообразных веществ равно отношению коэффициентов перед их формулами в уравнении реакции. Например, если объемы вступающих в реакцию аммиака и кислорода равны соответственно 4 м3 и 3 м3, то в результате реакции образуется азот объемом 2 м3.

Применим полученный вывод для решения расчетных задач.

Вопросы, задания, задачи

1. Объясните сущность закона Авогадро.

2. Почему

• а) молярный объем газа зависит от его температуры и давления;
• б) относительная плотность двух газов не зависит от температуры и давления?

3. Определите относительную плотность газов:

• а) метана по водороду;
• б) пропана по гелию;
• в) хлора по воздуху;
• г) аммиака по водороду.

4. Определите молярную массу газа, относительная плотность которого по гелию равна 7,5. Какие из газов удовлетворяют условию задачи: N2, NO, CO2, C2H4, C2H6, CH2O?

5. Относительная плотность первого газа по второму равна 0,53. Какой из газов имеет большую молярную массу?

6. Какой объем кислорода (н. у.) необходим для полного сжигания этана объемом 100 м3? Какой объем воздуха (н. у.) потребуется для этих целей? Решите задачу, используя объемные отношения газов.

7. Определите объем воздуха (н. у.), который необходим для полного сжигания бутана С4Н10 массой 10 кг.

8. Смешали 10 м3 азота и 20 м3 водорода (н. у.). Определите относительную плотность по водороду образовавшейся смеси.

9. Установите химическую формулу углеводорода, в котором массовая доля углерода составляет 82,76 %, относительная плотность углеводорода по воздуху равна 2.

10. При сжигании органического вещества массой 6,9 г образовались оксид углерода(IV) массой 13,2 г и вода массой 8,1 г. Определите молекулярную формулу вещества, если относительная плотность его паров по воздуху равна 1,586.

§ 6.1

*Самоконтроль

1. Для постоянной Авогадро верны утверждения:

• а) показывает число атомов в 0,12 г углерода-12;
• б) единица измерения — моль–1;
• в) ее значение зависит от температуры и давления;
• г) применима для расчетов, связанных только с газообразными веществами.

2. Одинаковый объем при 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. занимают вещества, взятые количеством 2 моль:

• а) N2;
• б) СН4;
• в) Н2О;
• г) CO2.

3. В объемных отношениях 1 : 2 реагируют:

• а) O2 + Cu → CuO;
• б) СН4 + O2 → CO2 + Н2О;
• в) О2 + Н2 → Н2О;
• г) O2 + SO2 → SO3.

4. Для каких из перечисленных газов относительная плотность по гелию равна 7,5:

• а) NO;
• б) СО;
• в) O2;
• г) С2Н6?

5. Газ объемом 3 дм3 имеет массу 7,767 г. Его молярная масса (г/моль) равна:

• а) 17;
• б) 28;
• в) 32;
• г) 58.