Химия. 11 класс

Итальянский учёный А. Авогадро в 1811 году сформулировал закон, согласно которому в равных объёмах 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 объём, занимаемый определённой 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 объём.

Следствие второе. Молярный объём газов V_m — величина постоянная при неизменных температуре и давлении.

Математически это записывается так: «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»V«/mi»«mo»(«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»X«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mrow»«mi»n«/mi»«mo»(«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»X«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mi»const«/mi»«mo».«/mo»«/math»

Как было отмечено в § 4 (с. 24), при нормальных условиях молярный объём 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 объёмов двух газов при одинаковых условиях относятся как их молярные массы.

Покажем это на примере двух произвольных газов одинакового объёма V при одних и тех же условиях. Известно, что «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mi»V«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/msub»«mi»m«/mi»«/mrow»«mi»M«/mi»«/mfrac»«/math». Поскольку объёмы равны: V₁ = V₂, то «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/msub»«msub»«mi»m«/mi»«mn mathvariant=¨italic¨»1«/mn»«/msub»«/mrow»«msub»«mi»M«/mi»«mn mathvariant=¨italic¨»1«/mn»«/msub»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»V«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/msub»«msub»«mi»m«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«msub»«mi»M«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«/math». Сократив обе части уравнения на V_m, получим: «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mfrac»«msub»«mi»m«/mi»«mn mathvariant=¨italic¨»1«/mn»«/msub»«msub»«mi»m«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«msub»«mi»M«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msub»«mi»M«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«/math».

Отношение «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mfrac»«msub»«mi»M«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msub»«mi»M«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«/math» называют относительной плотностью первого газа по второму (D): «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mi»D«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«msub»«mi»M«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msub»«mi»M«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«/math».

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) · D_Y(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 объём реакционной смеси может существенно изменяться, если химическая реакция протекает между газообразными веществами или газообразные вещества образуются в результате реакции. При этом объёмы 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:

Уравнение реакции	4NH3(г)   +	3O2(г)   =	2N2(г)   +	6H2O(ж)
Количество вещества	4 моль	3 моль	2 моль	6 моль
Объём газообразных веществ	4 ∙ 22,4 дм3	3 ∙ 22,4 дм3	2 ∙ 22,4 дм3
Соотношение объёмов веществ	4	3	2

Соотношение объёмов 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 объёмов газообразных веществ равно отношению коэффициентов перед их формулами в уравнении реакции. Например, если объёмы вступающих в реакцию аммиака и кислорода равны соответственно 4 м³ и 3 м³, то в результате реакции образуется азот объёмом 2 м³.

Применим полученный вывод для решения расчётных задач.