Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.2: Об'ємні відносини в хімічних рівняннях

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20635

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Визначте відносний обсяг споживаного або виробленого газу на основі збалансованого хімічного рівняння для реакції.

    Поведінка газів можна представити газовими законами, про що буде розглянуто більш детально в главі 6. Закон Авогадро стверджує, що всі гази (які показують ідеальну поведінку) містять однакову кількість молекул в одному обсязі (при однаковій температурі і тиску). Таким чином, співвідношення обсягів газів, що беруть участь в хімічній реакції, задаються коефіцієнтами в рівнянні для реакції за умови, що обсяги газу вимірюються при однаковій температурі і тиску.

    Ми можемо поширити закон Авогадро (що обсяг газу прямо пропорційний кількості молів газу) на хімічні реакції з газами: Гази об'єднуються або реагують у певних і простих пропорціях за обсягом, за умови, що всі обсяги газу вимірюються при однаковій температурі і тиску. Наприклад, оскільки азотні та водневі гази реагують на отримання газу аміаку відповідно до збалансованого рівняння нижче

    \[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)⟶\ce{2NH3}(g) \nonumber \]

    заданий обсяг газу азоту реагує з триразовим об'ємом водню газу, щоб виробляти в два рази більше обсягу аміачного газу, якщо тиск і температура залишаються постійними.

    Пояснення цьому проілюстровано на рис\(\PageIndex{1}\). Згідно із законом Авогадро, рівні обсяги газоподібних N 2, H 2 і NH 3 при однаковій температурі і тиску містять однакову кількість молекул. Оскільки одна молекула N 2 реагує з трьома молекулами H 2 для отримання двох молекул NH 3, необхідний об'єм H 2 втричі перевищує об'єм N 2, а обсяг виробленого NH 3 в два рази перевищує об'єм N 2.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Один том N 2 поєднується з трьома томами H 2, утворюючи два томи NH 3.
    Ця діаграма представлена моделями хімічної реакції, написаної з формулами в нижній частині малюнка. Реакція записана; N індекс 2 плюс 3 H індекс 2, а потім стрілка, що вказує вправо на N H індекс 3. Трохи вище формул передбачені моделі, що заповнюють простір. Над N H індексом 2 пов'язані дві сині сфери. Над 3 H індексом 2, три пари двох трохи менших білих сфер пов'язані. Над N H індексом 3 показано дві молекули, що складаються з центральної синьої сфери, до якої пов'язані три трохи менші білі сфери. У верхній частині діаграми реакція проілюстрована повітряними кулями. Ліворуч знаходиться світло-блакитна куля, яка позначена «N indexpt 2». Ця повітряна куля містить єдину модель заповнення простору, що складається з двох пов'язаних синіх сфер. За цією кулею слідує знак плюс, а потім три сірі кулі, кожен з яких позначений «H indexpt 2». Кожен з цих куль аналогічно містить єдину модель заповнення простору, що складається з двох скріплених білих сфер. Ці білі сфери трохи менше, ніж сині сфери. Далі слідує стрілка, яка вказує праворуч на дві світло-зелені кулі, кожен з яких позначений «N H indexpt 3». Кожна світло-зелена куля містить модель, що заповнює простір, що складається з єдиної центральної синьої сфери, до якої прикріплені три трохи менші білі сфери.
    Приклад\(\PageIndex{5}\): Reaction of Gases

    Пропан, С 3 Н 8 (г), використовується в газових грилі для забезпечення тепла для приготування їжі. Який об'єм O 2 (g), виміряний при 25° C і 760 torr, необхідний для реагування з 2,7 л пропану, виміряного в тих же умовах температури і тиску? Припустимо, що пропан піддається повному згорянню.

    Рішення

    Співвідношення обсягів С 3 Н 8 і О 2 буде дорівнює відношенню їх коефіцієнтів в збалансованому рівнянні для реакції:

    \ [\ почати {вирівняти}
    &\ ce {C3H8} (г) +\ ce {5O2} (г) ⟶ &&\ ce {3CO2} (г) +\ ce {4H2O} (л)\
    \ ce {&1\: обсяг + 5\: томи &3\: томи + 4\: томи}
    \ кінець {вирівнювання}\ номер\]

    З рівняння бачимо, що один обсяг С 3 Н 8 буде реагувати з п'ятьма обсягами О 2:

    \[\mathrm{2.7\cancel{L\:C_3H_8}×\dfrac{5\: L\:\ce{O2}}{1\cancel{L\:C_3H_8}}=13.5\: L\:\ce{O2}} \nonumber \]

    Обсяг 13,5 л О 2 буде потрібно для реакції з 2,7 л С 3 Н 8.

    Вправа\(\PageIndex{5}\)

    Ацетиленовий бак для оксиацетиленового зварювального пальника забезпечує 9340 л ацетиленового газу, C 2 H 2, при 0° C і 1 атм. Скільки резервуарів кисню, кожен з яких забезпечує 7,00 × 10 3 л O 2 при 0° C і 1 атм, буде потрібно для спалювання ацетилену?

    \[\ce{2C2H2 + 5O2⟶4CO2 + 2H2O} \nonumber \]

    Відповідь

    3.34 резервуари (2,34 × 10 4 л)

    Приклад\(\PageIndex{6}\): Volumes of Reacting Gases

    Аміак є важливим добривом і промисловим хімічним речовиною. Припустимо, що було виготовлено обсяг 683 мільярдів кубічних футів газоподібного аміаку, виміряний при 25° C і 1 атм. Який обсяг Н 2 (г), виміряний при тих же умовах, знадобився для приготування цієї кількості аміаку реакцією з N 2?

    \[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)⟶\ce{2NH3}(g) \nonumber \]
    Рішення

    Оскільки рівні обсяги H 2 і NH 3 містять однакові числа молекул і кожні три молекули Н 2, які реагують, виробляють дві молекули NH 3, співвідношення об'ємів H 2 і NH 3 буде дорівнює 3:2. Два томи NH 3, в даному випадку в одиницях мільярда футів 3, будуть сформовані з трьох томів H 2:

    \[\mathrm{683\cancel{billion\:ft^3\:NH_3}×\dfrac{3\: billion\:ft^3\:H_2}{2\cancel{billion\:ft^3\:NH_3}}=1.02×10^3\:billion\:ft^3\:H_2} \nonumber \]

    Виробництво 683 мільярдів футів 3 з NH 3 вимагало 1020 мільярдів футів 3 H 2. (При 25° C і 1 атм це обсяг куба з довжиною краю приблизно 1,9 милі.)

    Вправа\(\PageIndex{6}\)

    Який об'єм O 2 (g), виміряний при 25° C і 760 торр, необхідний для реагування з 17,0 л етилену, C 2 H 4 (g), виміряного в тих же умовах температури і тиску? Продукція - СО 2 і водяна пара.

    Відповідь

    51.0 Л

    Резюме

    Закон Авогадро може використовуватися для визначення обсягу газоподібного реагенту (ів) або продукту (ів) на основі збалансованого хімічного рівняння.

    Дописувачі та атрибуція