Матеріал параграфа допоможе вам:
з'ясувати, чому об'єми газів, що беруть участь у реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа; визначати співвідношення об'ємів газів за хімічними рівняннями.
Закон об’ємних співвідношень. Найважливіші вуглеводні — метан, етан, етилен, ацетилен та інші — за звичайних умов перебувають у газуватому стані.
Гази відрізняються від рідин і твердих речовин тим, що відстані між їхніми частинками (молекулами, а у випадку інертних газів — атомами) дуже великі. Завдяки цьому порції різних газів, що містять однакову кількість молекул, займають однаковий об’єм (за одних і тих самих температури й тиску). Це засвідчує закон Авогадро, з яким ви ознайомились у 8 класі. Згідно з ним 1 л метану СН4 містить стільки молекул, скільки й 1 л етилену С2Н4 чи 1 л ацетилену С2Н2. У 2 л метану (етилену, ацетилену) кількість молекул удвічі більша, у 3 л — утричі більша і т. д.
Розглянемо реакції, які відбуваються за участю газів.
При згорянні метану
кожна його молекула взаємодіє з двома молекулами кисню. На підставі закону Авогадро можна стверджувати, що певний об’єм метану має реагувати з удвічі більшим об’ємом кисню (наприклад, 1 л СН4 — із 2 л О2).
Метан за високої температури розкладається на ацетилен і водень:
Згідно з хімічним рівнянням, із кожних двох молекул метану утворюються одна молекула ацетилену і три молекули водню. Звідси співвідношення об’ємів продуктів реакції
Аналізуючи результати дослідів із газами, французький учений Ж. Гей-Люссак сформулював у 1808 р. закон об’ємних співвідношень:
об’єми газів, що вступають у реакцію й утворюються внаслідок реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа.
Згодом з’ясувалося, що ці числа є відповідними коефіцієнтами в рівняннях хімічних реакцій.
Закон Гей-Люссака поширюється на всі речовини, що перебувають у газоподібному стані, — органічні й неорганічні.
Складіть рівняння реакції водню з азотом, у результаті якої утворюється газ амоніак NH3, і запишіть співвідношення об’ємів реагентів і продукту реакції.
Звертаємо вашу увагу на реакції між газами, під час яких утворюється вода. Ця речовина, наприклад, є одним із продуктів горіння будь-якого вуглеводню. При утворенні водяної пари закон об’ємних співвідношень газів поширюється і на неї. Якщо ж відбувається конденсація пари, то об’єм речовини зменшується приблизно в тисячу разів. У цьому разі закон Гей-Люссака щодо води не діє (як і щодо інших рідких і твердих речовин).
Розв’язування задач. Розглянемо, як розв’язують задачі з використанням закону об’ємних співвідношень.
ЗАДАЧА 1. Розрахувати об’єм ацетилену, який утворюється внаслідок термічного розкладу 0,8 л метану.
Розв’язання
1. Складаємо рівняння реакції:
2. Розраховуємо об’єм ацетилену.
Згідно з хімічним рівнянням і законом об’ємних співвідношень, кожний об’єм ацетилену утворюється із двох об’ємів метану.
Міркуємо так:
із 2 л метану утворюється 1 л ацетилену, із 0,8 л метану — х л ацетилену;
ЗАДАЧА 2. Суміш зі 100 мл ацетилену і 400 мл кисню підпалили. Чи залишився після реакції один із реагентів? У разі позитивної відповіді обчислити об'єм залишку цієї речовини (вважати, що температура й тиск до і після реакції були однаковими).
2. З’ясовуємо, чи був один із газів у надлишку.
Співвідношення об’ємів реагуючих газів, згідно з хімічним рівнянням, становить
Отже, у надлишку був кисень і частина його залишилася після реакції.
3. Визначаємо, який об’єм кисню прореагує зі 100 мл ацетилену.
За законом об’ємних співвідношень, із кожними 2 мл С2Н2 взаємодіють 5 мл О2,
4. Обчислюємо об’єм кисню, що залишився після реакції:
ЗАДАЧА 3. Які об’єми пропану і кисню (в перерахунку на нормальні умови) вступили в реакцію горіння, якщо після охолодження продуктів реакції утворилося 36 мл води?
3. Знаходимо об’єми пропану і кисню, які вступили в реакцію горіння.
Згідно із законом об’ємних співвідношень газів,
ВИСНОВКИ
Об’єми газів, що вступають у реакцію й утворюються внаслідок реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа (закон об’ємних співвідношень газів). Ці числа є відповідними коефіцієнтами в хімічному рівнянні.
189. Збільшується, зменшується чи залишається постійним сумарний об'єм речовин унаслідок таких перетворень (вода утворюється у вигляді пари):
190. Який об'єм кисню витрачається на згоряння 2 л етилену?
191. За нормальних умов змішали 1 л етану і 5 л кисню. Суміш газів підпалили. Які гази було виявлено після реакції і приведення умов до початкових? Обчисліть об'єм кожного із цих газів.
192. Після реакції в 40 мл суміші кисню і водню залишилося 10 мл кисню. Які об'єми кисню і водню були до реакції?
193. У якому об'ємному співвідношенні потрібно змішати вуглеводень і повітря, щоб їх було достатньо для перебігу реакції С5Н12 + O2 ^ ^ С02 + H2O? Вважайте, що об'ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.
194. Який об'єм кисню витратиться на спалювання 200 мл суміші водню та карбон(ІІ) оксиду? Чи потрібно для розв'язання задачі знати кількісний склад суміші цих газів? Відповідь поясніть.
195. Під час згоряння в кисні одного об'єму вуглеводню утворюються два об'єми вуглекислого газу й один об'єм водяної пари. Знайдіть формулу вуглеводню. (Усно.)
196. При повному згорянні 10 мл газуватого вуглеводню утворилося 40 мл вуглекислого газу і 50 мл водяної пари. Об'єми газів виміряні за однакових умов. Виведіть формулу вуглеводню. (Усно.)
197. Яка формула газуватого вуглеводню, якщо внаслідок його спалювання утворюється вдвічі більший об'єм вуглекислого газу, а густина вуглеводню за нормальних умов становить 1,34 г/л?
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Попель, Крикля