Основные газовые законы в химии

61. Уравнение состояния газа выведено Д.И. Менделеевым и Клайпероном. Оно записывается: , где Р - давление, при котором находится газ, V - объем газа, m - масса газа, М - молекулярная масса газа, R - молярная газовая постоянная, Т - температура системы. Уравнение также называется уравнением Менделеева-Клайперона. Пример: найти объем 3-х моль газа, находящегося при 106.8 кПа и температуре 400К: литра.

62.

63. а)

б)

в)

64. Газ называется идеальным, если газ подчиняется законам Клайперона-Менделеева и Рауля. Характеристика реального газа близка к идеальному, если форма его молекул близка к идеальному шару, если отсутствует взаимодействие между молекулами и столкновения молекул можно принять за упругое соударение.

65. , следовательно, г/моль.

66. , следовательно, г/моль.

67. , следовательно, г.

68. , => литров.

69. , следовательно,

70. , => кПа

71. Уравнение Клайперона записывается: , где Р - давление, при котором находится газ, V - объем газа, m - масса газа, М - молекулярная масса газа, R - молярная газовая постоянная, Т - температура системы. Оно используется при нахождении неизвестного параметра состояния газа (давления, массы, температуры, молярной массы, объема) по известным параметрам, входящим в уравнение. Пример: найти объем 3-х моль газа, находящегося при 106.8 кПа и температуре 400К: литра.

72. Нормальными условиями для газов являются 298 К, 101,3 кПа. => литра

73. Нормальными условиями для газов являются 298 К, 101,3 кПа. => литра.

74. Парциальное давление газа пропорционально объемной доле газа в смеси газов. Р’(N₂) = Р(общ)*w%(N₂) / 100% = 101325*78.1 / 100 = 79135 Па. Р’(О₂) = Р(общ)*w%(О₂) / 100% = 101325*20.9 / 100 = 21177 Па. Р’(Ar) = Р(общ)*w%(Ar) / 100% = 101325*0.93 / 100 = 942 Па.. Р’(СО₂) = Р(общ)*w%(СО₂) / 100% = 101325*0.03 / 100 = 30.4 Па.

75. Парциальное давление газа пропорционально объемной доле газа в смеси газов: w%(NO) =P(NO) * 100% / P(общ) = 39990*100 / (39990 + 66630) = 37,5%; w%(NO₂) =P(NO₂) * 100% / P(общ) = 66630*100 / (39990 + 66630) = 62,5%;

76.

Дано V(CH4) = 0.03 м3 Р(СН4) = 96.0 кПа V(H2) = 0.04 м3 Р(Н2) = 84.0 кПа V(CО) = 0.01 м3 Р(СО) = 108.8 кПа

Найдем количество каждого вещества из закона Клайперона-Менделеева: n = PV/RT n(CH4) = 96*30/(8.31*298) = 1.163 моль. Доля газа х1 = 1.163*100%/2.959 = 39,3% n(H2) = 84*40/(8.31*298) = 1.357 моль. Доля газа х1 = 1.357*100%/2.959 = 45,9% n(CО) = 108.8*10/(8.31*298) = 0.439 моль. Доля газа х1 = 0.439*100%/2.959 = 14,8% Vобщ = 30 + 40 + 10 = 80 литров, n(общ) = 1.163+1.357+0.439 = 2.959 моль, следовательно, Робщ = nRT/V = 2.959*8.31*298/80 = 91.6 кПа Парциальные давления: П(СН4) = 91.6*0.393 = 36 кПа, П(Н2) = 91.6*0.459 = 42 кПа, П(СО) = 91,6*0.148 = 13,6 кПа

 

77. V1(N₂) = 120мл = 0.120 л; Т = 20⁰С = 293 К; Р(общ) = 100 кПа, Р(Н₂О) = 2.3 кПа. Vн.у.(N₂) =?. Найдем парциальное давление азота: Р1(N₂)= Р(общ) - Р(Н₂О) = 100 - 2.3 = 97.3 кПа. => литра.

78. V1(Н₂) = 250мл = 0.250 л; Т = 26⁰С = 299 К; Р(общ) = 98.7 кПа, Р(Н₂О) = 3.4 кПа. Vн.у.(Н₂) =?. Найдем парциальное давление водорода: Р1(Н₂)= Р(общ) - Р(Н₂О) = 98.7 - 3.4 = 95.3 кПа. => литра.

79. Закон Авогадро: В равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул.

Следствие 1. Объемы, занимаемые 1 моль газа, должны быть одинаковыми для всех газов.

Следствие 2. Один моль любого газа содержит 6,02*10²³ соответствующих молекул.

Число Na = 6.02*10²³ носит название постоянной Авогадро и выведено с использованием его закона. Из закона Авогадро следует, что два газа одинаковых объемов, хотя и содержат равное число молекул, имеют неодинаковые массы: масса одного газ во столько же раз больше массы другого газа, во сколько раз относительная молекулярная масса первого больше, чем относительная молекулярная масса второго. Закон Авогадро имел фундаментальное значение в истории развития атомно-молекулярного учения.

80. Закон Авогадро: В равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. m(O₂) = 8.0 г. n(O₂) = m/M = 8 / 32 = 0.25 моль. V(O₂) = n*Vм = 0.25 * 22.4 = 5.6 литров.

81. V(H₂) = 280 литров. n(H₂) = V/Vм = 280 / 22.4 = 12.5 моль. m(Н₂) = n(H₂)* M(Н₂) = 12.5*2 = 25 грамм.

82. V(газа) = 600 мл. n(газа) = V/Vм = 0.6 / 22.4 = 0.0268 моль. M(газа) = m(газа) / n(газа) = 1.714 / 0.0268 = 64 грамм/моль.

83. n(СО₂) = 10 моль. V(СO₂) = n*Vм = 10 * 22.4 = 224 литра. m(СО₂) = n(СО₂)* M(СО₂) = 10*44 = 440 грамм.

84. V(газа) = 2 л. n(газа) = V/Vм = 2 / 22.4 = 0.089 моль. а) Молярная масса газа: M(газа) = m(газа) / n(газа) = 2.5 / 0.089 = 28 грамм/моль. б) Молекулярная масса газа = 28. в) абсолютная масса одной молекулы m = 28 / 6,02*10²³ = 4,65 *10^-23 грамм.

85. а) Даны равные количества азота и водорода: n(H₂) = n(N₂). Согласно закону Авогадро, «в равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул», т.е. отношение объемов азота и водорода равно 1.

б) Даны равные массы азота и водорода: m(H₂) = m(N₂). => V(H₂) = n(H₂)/Vм = = =>

86. Газ называется идеальным, если газ подчиняется законам Клайперона-Менделеева и Рауля. Характеристика реального газа близка к идеальному, если форма его молекул близка к идеальному шару, если отсутствует взаимодействие между молекулами и столкновения молекул можно принять за упругое соударение. Молекулы водорода по свойствам более близки к идеальному газу, чем молекулы азота. Поэтому молярный объем водорода ближе к идеальному значению, чем молярный объем азота.

87. Относительная плотность газа вещества А по веществу B - отношение относительной молекулярной массы А к относительной молекулярной массе вещества B. D_B(A)=M(A)/MB). D_{воздуху}(Cl₂) = M(Cl₂)/M(воздуха) = 71/29 = 2.45; D_{кислороду}(С₂Н₄) = M(C₂Н₄)/M(О₂) = 28/32 = 0.875.

88. D_{воздуху}(Ацетона)=2. D_B(A)=M(A)/MB), следовательно, М(ацетона) = D_{воздуху}*М(воздуха) = 2*29 = 58 г/моль.

89. D_{кислороду}(S_x)=8. D_B(A)=M(A)/MB), следовательно, М(S_x)= D_{кислороду}*М(кислорода) = 8*32 = 256 г/моль. х = М(S_x)/ М(S) = 256/32 = 8 атомов.

90. D_{водороду}(N₂+O₂)=15. D_B(A)=M(A)/MB). Средняя молекулярная масса смеси азота и кислорода равна М(N₂+O₂) = D_{водороду}*М(водорода) = 15*2 = 30 г/моль. Пусть х и у - соответственно объемные доли азота и кислорода в смеси. Составим систему:

х*М(N₂) + у*М(O₂) = 30

х + у = 1, следовательно у = 1 - х

х*М(N₂) + (1 - х)*М(O₂) = 30 => 28x + 32 - 32x = 30 => x = 0.5 => y = 1 - 0.5 = 0.5

91. Валентностью данного элемента называется число атомов соединяющегося с ним другого элемента. К элементам переменной валентности относятся: азот: B=1 - N₂O, B=2 - NO, B=3 - N₂O₃; железо: В=2 - FeO, B=3 Fe₂O₃, и многие другие элементы.

92. Валентностью данного элемента называется число атомов соединяющегося с ним другого элемента, т.е. валентность - это число связей с другими элементами, которые образует данный элемент. Постоянная валентность = 1: К, Li, Na, Rb - KCl, LiF, NaOH, RbF. Постоянная валентность = 2: Ca, Mg, Be - CaS, Mg(OH)₂, BeCl₂, Постоянная валентность = 3: Al, Ga, In - AlPO₄, Ga(OH)₃, InCl₃, К элементам переменной валентности относятся: азот: B=1 - N₂O, B=2 - NO, B=3 - N₂O₃; железо: В=2 - FeO, B=3 Fe₂O₃, и многие другие элементы.

93. Валентностью данного элемента называется число атомов соединяющегося с ним другого элемента, т.е. валентность - это число связей с другими элементами, которые образует данный элемент. Соответственно, максимальная валентность - это максимальное число связей, которые может образовать элемент в соединении. Максимальная валентность: P = 5 - H₃PO₄, Cl = 7 - HClO₄, S = 6 - SO₃, Xe = 8 - XeF₈.

94. Максимальная валентность: Sn =4 - H₂SnO₃, Sb =5 - SbCl₅, Se =6 - SeO₃, Br =7 - HBrO₄.

95. Максимальная валентность: V =5 - HVO₃, Cr =6 - K₂CrO₄, Mn =7 - KMnO₄, Ru =8 - RuO₄.

96. Значения валентности различаются на 2 у: серы - SO₂ / SO₃, хлора - HClO / HClO₂, таллия - TlCl / TlCl₃.

97. Значения валентности различаются на 1 у: меди - Cu₂O / CuO, железа - FeO / Fe₂O₃, титана - Ti₂O₃ / TiO₂.

98.

Соединение	H2S	SO3	H2SO3	SO2	H2SO4	CS2
Валентность серы

 

99.

Соединение

NH3

N2O

NO

N2O3

HNO2

NO2

N2O5

HNO3

NH4NO3

NH4NO2

N2H4

Na3N

Валентность азота

3,5

3,3

100.

 

Соединение	NaCl	CaCl2	Cl2O	HClO	HClO2	KClO3	Cl2O7	HClO4
Валентность хлора

101. По периоду максимальная валентность химических элементов увеличивается в связи с добавлением валентных электронов. Si: В=4 - SiO₂, P: В=5 - PCl₅, S: В=6 - SO₃, I: В=7 - HIO₄.

102. Максимальная валентность химического элемента совпадает с номером группы в ПС. Ge: В=4 - GeO₂, P: В=5 - PCl₅, Se: В=6 - SeO₃, Cl: В=7 - HClO₄.

103. Максимальная валентность химического элемента совпадает с номером группы в периодической системе, поэтому по периоду с увеличением атомного номера максимальная валентность увеличивается. По группе, в связи с уменьшением притяжения ядром валентных (внешних) электронов максимальная валентность с увеличением атомного номера уменьшается. Максимальная валентность Sn =4 - H₂SnO₃, Sb =5 - SbCl₅, Тe =6 - ТeO₃, Br =7 - HBrO₄, Xe =8 - XeF₈.

104. Максимальная валентность химического элемента совпадает с номером группы в ПС. Третий период - Na: B=1 - NaCl, Mg: B=2 - MgS, Al: B=3 - AlN, Si: В=4 - SiO₂, P: В=5 - PCl₅, S: В=6 - SO₃, Cl: В=7 - HClO₄.

105. Максимальная валентность химического элемента совпадает с номером группы в ПС. Четвертый период - K: B=1 - KCl, Ca: B=2 - CaS, Ga: B=3 - GaN, Ge: В=4 - GeO₂, As: В=5 - AsCl₅, Se: В=6 - SeO₃, Br: В=7 - HBrO₄.

106. Это переходные d-,f-металлы. Например, Co, Rh, Tb, Cm: Co(OH)₃, RhCl₃, TbCl₃, CmBr₃.

107. AlH₃, Al₂O₃, AlN, Al₄C₃, Al₂S₃, AlF₃

108. PH₃, P₂O₅, AlN, Na₃P, P₂S₅, PF₅

109. Хлориды: BCl₃,SiCl₄, PCl₅, SnCl₂, MgCl₂, Сульфиды: B₂S₃, SiS₂, P₂S₅, SnS, MgS.

110. Оксиды азота: I - N₂O, II - NO, III - N₂O₃, IV - NO₂, V - N₂O₅; Марганца: II - MnO, III - Mn₂O₃, IV - MnO₂, VI - MnO₃, VII - Mn₂O₇; Хрома: II - CrO, III - Cr₂O7₃, IV - CrO₂.

111. Структурная формула не отражает реального строения молекулы или элементарной кристаллической решетки, однако позволяет рассчитать кратность связей в молекуле и валентность атомов. Al₂O₃ - O=Al-O-Al=O,

112. Структурная формула позволяет рассчитать кратность связей в молекуле и валентность атомов.

113. Структурная формула позволяет рассчитать кратность связей в молекуле и валентность атомов.

115. Валентность элементов совпадает с количеством связей между атомами в молекуле:

 

 

Структурная формула не отражает реального строения молекулы или элементарной кристаллической решетки.

116. Фосфорная кислота - трехосновная, фосфористая - двухосновная, фосфорноватистая - одноосновная (по числу атомов водорода, связанных с атомами кислорода).

117. Номер группы, в которой элемент расположен, совпадает с валентностью элемента по кислороду. Номер группы минус 8 - валентность элемента по водороду. Углерод (4 группа) - по кислороду В=4, по водороду В=8-4=4, азот (5 группа) - по кислороду В=5, по водороду В=8-5=3. сера (6 группа) - по кислороду В=6, по водороду В=8-6=2, хлор (7 группа) - по кислороду В=7, по водороду В=8-7=1.

118. В соединениях с кислородом валентность элемента совпадает с количеством валентных электронов, т.к. кислород притягивает электроны, а в соединении с водородом - с числом вакантных мест для электронов на валентном уровне, т.к. водород отдает электроны. Сумма вакантных мест и валентных электронов равна восьми, что объясняет наблюдаемую закономерность.

119. Электронная валентность кислорода одинакова, а стехиометрическая разная в соединениях: Н₂О (Вэ=2, Вс=2) и Н₂О₂ - (Вэ=2, Вс=1).

120. Хлорид аммония: NH₄Cl - электронная валентность =3, стехиометрическая = 4; перекись водорода: Н₂О₂ - электронная валентность =2, стехиометрическая = 1.