§ 39. Объемные отношения газов при химических реакциях

§ 39. Объемные отношения газов при химических реакциях

1. Каким закономерностям подчиняется поведение газообразных веществ в химических реакциях? Поясните на конкретных примерах.

  1. При неизменном давлении объемы реагирующих и образующихся газов соотносятся как небольшие целые числа.
  2. Отношение коэффициентов в уравнениях реакций показывает отношение объемов реагирующих и образовавшихся газообразных веществ.

Например, при горении водорода
2H2 + O2 = 2H2O
объемы газов соотносятся между собой как числа 2 : 1 :2, т.е. в ходе реакции будет израсходовано 2 объема водорода и 1 объем кислорода, а образуется 2 объема водяных паров. Если говорить в конкретных числах, то 2 л водорода и 1 л кислорода образуют 2 л водяного пара.

2. При взаимодействии хлора с водородом образовалось 0,25 моль хлороводорода. Вычислите объем хлора, вступившего в реакцию (н.у.).

Запишем уравнение реакции:
H2 + Cl2 = 2HCl

Как видно из уравнения, из 1 моль водорода и 1 моль хлора образуется 2 моль хлороводорода.

По условию задачи, количество хлороводорода = 0,25 моль.
Значит, количество хлора будет в 2 раза меньше = 0,125 моль.

Также, в задаче указано, что условия нормальные (н.у.), значит объем хлора будет равен:
V(Cl2) = μ(Cl2) * VM, где μ — количество вещества; VM — молярный объем (22,4 л/моль).

V(Cl2) = 0,125 * 22,4 = 2,8 л

Ответ: V(Cl2) = 2,8 л

3. Вычислите, какой объем кислорода потребуется для сжигания 10 м3 этана C2H6 (н.у.).

Записываем уравнение реакции:
2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O

Откуда видно, что на сжигание 2 моль этана требуется 7 моль кислорода.

По условию задачи у нас 10 м3 этана, что эквивалентно:
μ(C2H6) = V (C2H6) / VM
μ(C2H6) = 10 000 / 22,4 = 446,43 моль

Составляем пропорцию:
2 моль этана / 446,43 моль этана — 7 моль кислорода / x моль кислорода
откуда:
x = 446,43 * 7 / 2 = 1 562,5 моль кислорода

Значит
V (O2) = 1 562,5 * 22,4 = 35 000 (л) = 35 м3

Я решал таким способом потому что в задаче были указаны условия (н.у.), но задачу можно решить проще и быстрее, если делать это сразу через объемы:

2 моль этана / 10 м3 этана — 7 моль кислорода / x м3 кислорода
откуда:
x = 10 * 7 / 2 = 35 м3

Ответ: V (O2) = 35 м3

Тестовые задания

1. При взаимодействии хлора и 500 л водорода получили хлороводород, объем которого (н.у.) составил:
1) 100 л     2) 200 л     3) 500 л     4) 1 000 л

Решение
H2 + Cl2 = 2HCl
т.е. из 1 объема хлора и 1 объема водорода образуется 2 объема хлороводорода.
Водорода у нас было 500 литров, значит хлороводорода получится 2*500 = 1 000 литров

Ответ: 4)

2. Для синтеза воды из кислорода и водорода использовали 22,4 л кислорода (н.у.). Количество вступившего в реакцию водорода составило:
1) 2 моль     2) 4 моль     3) 6 моль     4) 8 моль

Решение
2H2 + O2 = 2H2O
т.е. из 2 молей водорода и 1 моля кислорода образуется 2 моля воды.
Кислорода у нас было 22,4 литра = 1 моль, значит в реакцию вступило
2 * 1 = 2 моль кислорода

Ответ: 1)

3. Объем хлора Cl2 (н.у.), который требуется для синтеза 40 м3 хлороводорода HCl, равен:
1) 10 м3     2) 20 м3     3) 30 м3     4) 40 м3

Решение
H2 + Cl2 = 2HCl
т.е. из 1 объема хлора и 1 объема водорода образуется 2 объема хлороводорода.
Хлороводорода у нас получилось 40 м3, значит хлора потребуется 40 / 2 = 20 м3

Ответ: 2)