Найдите плотности (массу 1 л) аргона, хлора, кислорода и озона при н.у. Сколько молекул каждого вещества будет содержаться в 1 л при тех же условиях?

Что такое плотность? Это масса единицы объема вещества. Для газов она обычно выражается в граммах на литр (г/л). Таким образом, нам нужно найти массу 1 литра газа.

С какого конца подступиться к задаче?

У нас даны нормальные условия (н.у.) а мы знаем, что при данных условиях 1 моль любого газа имеет фиксированный объем 22,4 литра, который содержит 1 моль вещества. Зная это мы можем найти количество вещества в 1 литре:
n = V / V_m,
где: n — количество вещества, V — объем, V_m — молярный объем (22,4 л/моль).

n = 1 (л) / 22,4 (л/моль) = 0,0446 = 4,46 • 10^-2 (моль)

Теперь, когда мы знаем количество вещества, можно найти массу этого вещества для каждого из указанных газов по формуле:
m = n • M,
где: m — масса вещества, n — количество вещества, M — молярная масса вещества (численно равна относительной молекулярной массе).

Найдем массу 1 литра каждого из газов (получим плотность вещества в г/л).

Решение для аргона:
M (Ar) = Ar (Ar) = 40 (г/моль)
m (Ar) = n • M (Ar) = 4,46 • 10^-2 (моль) • 40 (г/моль) = 178,4 • 10^-2 = 1,78 (г)

Решение для хлора:
M (Cl₂) = Ar (Cl) • 2 = 35,5 • 2 = 71 (г/моль)
m (Cl₂) = n • M (Cl₂) = 4,46 • 10^-2 (моль) • 71 (г/моль) = 316,66 • 10^-2 = 3,17 (г)

Решение для кислорода:
M (O₂) = Ar (O) • 2 = 16 • 2 = 32 (г/моль)
m (O₂) = n • M (O₂) = 4,46 • 10^-2 (моль) • 32 (г/моль) = 142,72 • 10^-2 = 1,43 (г)

Решение для озона:
M (O₃) = Ar (O) • 3 = 16 • 3 = 48 (г/моль)
m (O₃) = n • M (O₃) = 4,46 • 10^-2 (моль) • 48 (г/моль) = 214,08 • 10^-2 = 2,14 (г)

Остается ответить на последний вопрос: сколько молекул каждого газа будет содержаться в 1 литре при тех же условиях?

Выше мы выяснили, что количество вещества, содержащееся в 1 литре будет одинаково для всех газов 4,46 • 10^-2 моль.

Число молекул и количество вещества связаны между собой формулой
N = n • N_A,
где: N — число молекул, n — количество вещества, N_A — постоянная Авогадро (6,02 • 10²³ молекул/моль).

N = 4,46 • 10^-2 (моль) • 6,02 • 10²³ (молекул/моль) = 26,85 • 10²¹ (молекул) = 2,7 • 10²² (молекул)

Ответы: ρ (Ar) = 1,78 г/л, ρ (Cl₂) = 3,17 г/л, ρ (O₂) = 1,43 г/л, ρ (O₃) = 2,14 г/л; N = 2,7 • 10²² молекул.

1. Найдите массу и число молекул при н.у. для: а) 11,2 л кислорода; б) 5,6 м³ азота; в) 22,4 мл хлора.

2. Найдите объем, который при н.у. займут: а) 3 г водорода; б) 96 кг озона; в) 12 • 10²⁰ молекул азота.

3. Найдите плотности (массу 1 л) аргона, хлора, кислорода и озона при н.у. Сколько молекул каждого вещества будет содержаться в 1 л при тех же условиях?

4. Рассчитайте массу 5 л (н.у.): а) кислорода; б) озона; в) углекислого газа CO₂.

5. Укажите, что тяжелее:
а) 5 л сернистого газа (SO₂) или 5 л углекислого газа (CO₂);
б) 2 л углекислого газа (CO₂) или 3 л угарного газа (CO).