5.5: Stechiometria chemiczna i gazy: wykorzystanie prawa gazu doskonałego do określenia moli

Stechiometria chemiczna opisuje ilościowe relacje między reagentami a produktami w reakcjach chemicznych.

Oprócz pomiaru ilości reagentów i produktów przy użyciu mas dla ciał stałych i objętości w połączeniu z molowością dla roztworów, teraz objętości gazu mogą być również wykorzystywane do wskazywania ilości. Jeśli objętość, ciśnienie i temperatura gazu są znane, można użyć równania gazu idealnego, aby obliczyć, ile moli gazu jest obecnych. I odwrotnie, jeśli znana jest ilość moli gazu, można określić objętość gazu w dowolnej temperaturze i ciśnieniu.

Jako przykład obliczmy objętość wodoru w temperaturze 27 °C i 723 torów otrzymaną w reakcji 8,88 g galu z nadmiarem kwasu solnego.

Najpierw przelicz podaną masę reagenta ograniczającego, Ga, na mole wytworzonego wodoru:

Przelicz podane wartości temperatury i ciśnienia na odpowiednie jednostki (odpowiednio K i atm), a następnie użyj molowej ilości wodoru gazowego i równania gazu doskonałego, aby obliczyć objętość gazu:

Nowe spojrzenie na prawo Avogadro

Można również skorzystać z prostej cechy stechiometrii gazów, której nie wykazują ciała stałe i roztwory: wszystkie gazy, które wykazują idealne zachowanie, zawierają tę samą liczbę cząsteczek w tej samej objętości (w tej samej temperaturze i ciśnieniu). Zatem stosunki objętości gazów biorących udział w reakcji chemicznej są określone przez współczynniki w równaniu reakcji, pod warunkiem, że objętości gazu są mierzone w tej samej temperaturze i ciśnieniu.

Prawo Avogadro można rozszerzyć (że objętość gazu jest wprost proporcjonalna do liczby moli gazu) na reakcje chemiczne z gazami: Gazy łączą się lub reagują w określonych i prostych proporcjach objętościowych, pod warunkiem, że wszystkie objętości gazu są mierzone w tej samej temperaturze i ciśnieniu.

Na przykład, ponieważ gazy azotu i wodoru reagują, wytwarzając gazowy amoniak zgodnie z 

Dana objętość gazowego azotu reaguje z trzykrotnie większą objętością wodoru, tworząc dwa razy większą objętość gazowego amoniaku, jeśli ciśnienie i temperatura pozostają stałe.

Zgodnie z prawem Avogadro równe objętości gazowego N₂, H₂ i NH₃ w tej samej temperaturze i ciśnieniu zawierają tę samą liczbę cząsteczek. Ponieważ jedna cząsteczka N₂ reaguje z trzema cząsteczkami H₂ w celu wytworzenia dwóch cząsteczek NH₃, wymagana objętość H₂ jest trzykrotnie większa niż objętość N₂, a objętość wytworzonego NH₃ jest dwa razy większa niż objętość N₂.

Ten tekst jest adaptacją Openstax, Chemia 2e, Rozdział 9.3 Stechiometria substancji gazowych, mieszanin i reakcji.