Chapter 5: Gases

Back to chapter

5.5:

Химическая стехиометрия и газы

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Chemical Stoichiometry and Gases: Using Ideal Gas Law to Determine Moles

Previous Video
5.4: Mixtures of Gases: Dalton’s Law of Partial Pressures and Mole Fractions

Next Video
5.6: Basic Postulates of Kinetic Molecular Theory: Particle Size, Energy, and Collision

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Напомним, что для сбалансированной химической реакции расчеты, включающие массу исходных веществ и продуктов, а также количество молей, выполняются в соответствии с общим концептуальным планом. Здесь стехиометрические коэффициенты используются как коэффициенты пересчета между молями исходного вещества и молями продукта. В химических реакциях с участием газообразных веществ количество газа обычно указывается в виде его объема при заданной температуре и давлении.Это потому, что газы текучие и расширяются, заполняя любой доступный объем. В газовых реакциях мольное количество и объем газа взаимосвязаны посредством закона идеального газа. Таким образом, количество молей можно определить по объему газа и наоборот.Сочетание понятий закона идеального газа, молярной массы и стехиометрии позволяет проводить расчеты, связанные с объемом, числом молей и массой газообразных исходных веществ и продуктов. В качестве примера рассмотрим реакцию между литием и водой с образованием газообразного водорода. Если предположить, что реакция происходит при температуре 291 Кельвин и 0, 977 атмосфер, какое количество составит литий при 35, 25 литра водорода?Во-первых, применяя закон идеального газа и подставляя данные значения давления, объема, температуры и постоянной идеального газа. вычисляем количество молей газообразного водорода. Затем, используя стехиометрическое соотношение, количество молей газообразного водорода преобразуется в моли лития.Наконец, умножение на молярную массу лития дает массу 20, 0 грамм. Таким образом, для получения 35, 25 литра водорода необходимо 20, 0 грамм лития. Для химических реакций между газами, происходящих при стандартных условиях температуры и давления, молярный объем 22, 4 литра является постоянным.Коэффициент пересчета используется в стехиометрических расчетах газов при стандартных условиях. Возьмем, к примеру, образование воды при стандартных условиях. Какой объем водорода требуется для получения 2 граммов воды?Следуя общему концептуальному плану, сначала масса воды делится на ее молярную массу, чтобы получить количество молей воды. Затем используется стехиометрическое соотношение для определения количества молей водорода. Наконец, используется коэффициент преобразования моля в объем при стандартных условиях для получения 2, 5 литров газообразного водорода.Таким образом, из 2, 5 литров водорода при стандартных условиях получится 2 грамма воды.

5.5:

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.

“