Материал параграфа поможет вам:
выяснить, почему объемы газов, участвующих в реакции, соотносятся как небольшие целые числа; определять соотношения объемов газов по химическим уравнениям.
Закон объемных соотношений. Важнейшие углеводороды — метан, этан, этилен, ацетилен и другие — в обычных условиях существуют в газообразном состоянии.
Газы отличаются от жидкостей и твердых веществ тем, что расстояния между их частицами (молекулами, а в случае инертных газов — атомами) очень большие. Поэтому порции различных газов, содержащие одинаковое количество молекул, занимают одинаковый объем (при одних и тех же температуре и давлении). Об этом свидетельствует закон Авогадро, с которым вы ознакомились в 8 классе. В соответствии с ним в 1 л метана СН4 находится столько молекул, сколько их в 1 л этилена С2Н4 или 1 л ацетилена С2Н2. В 2 л метана (этилена, ацетилена) количество молекул в два раза больше, в 3 л — в три раза больше и т. д.
Рассмотрим реакции, протекающие с участием газов.
При сгорании метана
каждая его молекула взаимодействует с двумя молекулами кислорода. На основании закона Авогадро можно утверждать, что определенный объем метана должен реагировать с удвоенным объемом кислорода (например, 1 л СН4 — с 2 л 02).
Метан при высокой температуре разлагается на ацетилен и водород:
Согласно этому химическому уравнению, из каждых двух молекул метана образуются одна молекула ацетилена и три молекулы водорода. Отсюда соотношение объемов продуктов реакции
Анализируя результаты опытов с газами, французский ученый Ж. Гей-Люссак сформулировал в 1808 г. закон объемных соотношений:
объемы газов, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции, соотносятся как небольшие целые числа.
Со временем выяснилось, что эти числа являются соответствующими коэффициентами в химических уравнениях.
Закон Гей-Люссака распространяется на все газообразные вещества — органические и неорганические.
Составьте уравнение реакции водорода с азотом, в результате которой образуется газ аммиак NH3, и запишите соотношение объемов реагентов и продукта реакции.
Обращаем ваше внимание на реакции между газами, при которых образуется вода. Это
вещество, например, является одним из продуктов горения любого углеводорода. При образовании водяного пара закон объемных соотношений газов распространяется и на него. Если же пар конденсируется, то объем вещества уменьшается приблизительно в тысячу раз. В этом случае закон Гей-Люссака по отношению к воде (а также к другим жидким и твердым веществам) не действует.
Решение задач. Рассмотрим, как решают задачи с использованием закона объемных соотношений.
ЗАДАЧА 1. Рассчитать объем ацетилена, который образуется при термическом разложении 0,8 л метана.
Решение
1. Составляем уравнение реакции:
2. Рассчитываем объем ацетилена.
Согласно химическому уравнению и закону объемных соотношений, один объем ацетилена образуется из двух объемов метана. Рассуждаем так: из 2 л метана образуется 1 л ацетилена, из 0,8 л метана — х л ацетилена;
ЗАДАЧА 2. Смесь, состоящую из 100 мл ацетилена и 400 мл кислорода, подожгли. Полностью ли прореагировали вещества? Если нет, то какое вещество осталось и каков объем его остатка? Считать, что условия (температура и давление) до и после реакции были одинаковыми.
Решение
1. Составляем уравнение реакции горения ацетилена:
2. Выясняем, был ли в исходной смеси один из газов в избытке.
Соотношение объемов взаимодействующих газов, в соответствии с химическим уравнением, составляет
а по условию задачи —
Следовательно, кислород был в избытке и часть его осталась после реакции.
3. Определяем, какой объем кислорода взаимодействует со 100 мл ацетилена.
В соответствии с законом объемных соотношений,
с каждыми 2 мл С2Н2 реагируют 5 мл 02,
4. Вычисляем объем кислорода, оставшегося после реакции:
ЗАДАЧА 3. Какие объемы пропана и кислорода (в пересчете на нормальные условия) вступили в реакцию горения, если после охлаждения продуктов реакции образовалось 36 мл воды?
3. Вычисляем объем водяного пара, который образовался бы из 2 моль воды при нормальных условиях:
4. Находим объемы пропана и кислорода, вступившие в реакцию горения.
Согласно закону объемных соотношений газов,
ВЫВОДЫ
Объемы газов, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции, соотносятся как небольшие целые числа (закон объемных соотношений газов). Эти числа являются соответствующими коэффициентами в химическом уравнении.
189. Увеличивается, уменьшается или остается неизменным суммарный объем веществ в результате таких превращений (вода образуется в виде пара):
190. Какой объем кислорода расходуется на сгорание 2 л этилена?
191. При нормальных условиях смешали 1 л этана и 5 л кислорода. Смесь газов подожгли. Какие газы были обнаружены после реакции и приведения условий к начальным? Вычислите объем каждого из этих газов.
192. После реакции в 40 мл смеси кислорода с водородом осталось 10 мл кислорода. Какие объемы кислорода и водорода были до реакции?
193. В каком объемном соотношении следует смешать углеводород и воздух, чтобы их было достаточно для протекания реакции
Примите объемную долю кислорода в
воздухе равной 20 %.
194. Какой объем кислорода необходим для сжигания 200 мл смеси водорода и карбон(М) оксида? Нужно ли для решения задачи знать количественный состав смеси этих газов? Ответ обоснуйте.
195. При сгорании в кислороде одного объема углеводорода образуются два объема углекислого газа и один объем водяного пара. Определите формулу углеводорода. (Устно.)
196. При полном сгорании 10 мл газообразного углеводорода образовалось 40 мл углекислого газа и 50 мл водяного пара. Объемы газов измерены в одинаковых условиях. Выведите формулу углеводорода. (Устно.)
197. Какова формула газообразного углеводорода, если при его сжигании образуется вдвое больший объем углекислого газа, а плотность углеводорода при нормальных условиях составляет 1,34 г/л?
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля