Химическая стехиометрия и газы

Химическая стехиометрия описывает количественные отношения между реагентами и продуктами в химических реакциях.

Помимо измерения количества реагентов и продуктов, использующих массы для твердых веществ и объемов, в сочетании с молярностью для растворов, теперь объемы газа также могут использоваться для указания количества. Если известен объем, давление и температура газа, то можно использовать идеальное уравнение газа для расчета количества молей газа. И наоборот, если известно количество молей газа, можно определить объем газа при любой температуре и давлении.

В качестве примера рассмотрим объем водорода при 27 °C и 723 торр, приготовленный в результате реакции 8.88 г галлия с избытком соляной кислоты.

Во-первых, преобразуйте предоставленную массу ограничивающего реагента, Ga, в моли производимого водорода:

Преобразуйте указанные значения температуры и давления в соответствующие единицы (K и атмосферы, соответственно), а затем используйте молярное количество водорода и уравнение идеального газа для расчета объема газа:

Вспомним закон Авогадро

Можно также воспользоваться простой особенностью стехиометрии газов, которые не проявляются как твердые тела и растворы: Все газы, которые показывают идеальное поведение, содержат одинаковое количество молекул в одном и том же объеме (при одинаковой температуре и давлении). Таким образом, соотношения объемов газов, участвующих в химической реакции, приводятся коэффициентами в уравнении для реакции при условии, что объемы газа измеряются при той же температуре и давлении.

Закон Авогадро может быть расширен (он гласит, что объем газа прямо пропорционален количеству молей газа) до химических реакций с газами: Газы объединяются или реагируют в определенных и простых пропорциях по объему при условии, что все объемы газа измеряются при одинаковой температуре и давлении.

Например, поскольку азот и водородные газы реагируют на выделение аммиачного газа в соответствии с.  

данный объем газообразного азота реагирует с трехкратным объемом газообразного водорода, чтобы в два раза больше объема аммиачного газа, если давление и температура остаются постоянными.

Согласно закону Авогадро, одинаковые объемы газообразных N₂, H₂ , и NH₃ при одинаковой температуре и давлении содержат одинаковое количество молекул. Поскольку одна молекула N₂ вступает в реакцию с тремя молекулами H₂, образуя две молекулы NH₃, требуемый объем Н₂ в три раза превышает объем N₂, а объем производимого NH₃ в два раза превышает объем N₂.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., глава 9.3 Стехиометрия газообразных веществ, смесей и реакций.