§ 17. Відношення об’ємів газів у хімічних реакціях

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

У яких об’ємних відношеннях реагують і утворюються газуваті речовини?

Об’єми газів, які взаємодіють або утворюються, відносяться один до одного як невеликі цілі числа. Вони відповідають коефіцієнтам у хімічному рівнянні.

Як використовують закон об’ємних відношень газів у розв’язуванні задач?

Закон Гей-Люссака дає змогу знаходити об’єми газів за рівнянням реакції, обминаючи розрахунки молярних мас та об’ємів. Коефіцієнти перед формулами газів вказують на пряме співвідношення їхніх об’ємів.

Визначте відношення об’ємів реагентів — сірководню $H_{2} S$ і кисню, якщо продуктами реакції між цими газами є сірчистий газ $S O_{2}$ і вода.

Рівняння реакції: $2 H_{2} S + 3 O_{2} = 2 S O_{2} + 2 H_{2} O$ . За коефіцієнтами, об’єми сірководню та кисню відносяться як $2 : 3$ .

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про закон об’ємних відношень газів у хімічних реакціях та його використання.

Цей закон пов’язує об’єми газів через коефіцієнти в рівнянні. Він суттєво спрощує розрахунки: об’єми можна рахувати так само як і молі речовини, без використання молярного об’єму.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Як зміниться загальний об’єм газової суміші після повної реакції між $10$ л азоту та $30$ л водню з утворенням амоніаку $N H_{3}$ ?»

Відповідь: Об’єм зменшиться вдвічі (було $40$ л, стане $20$ л). Пояснення: За рівнянням $N_{2} + 3 H_{2} = 2 N H_{3}$ , об’єми співвідносяться як $1 : 3 : 2$ . Тобто з $10$ л азоту і $30$ л водню (сумарно $40$ л) утворюється $20$ л амоніаку.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

Збільшуватиметься, зменшуватиметься чи залишатиметься постійним сумарний об’єм речовин під час кожного хімічного перетворення, якщо всі реагенти та продукти реакцій є газами: а) $C H_{4} + C l_{2} \to C H_{3} C l + H C l$ ; б) $N H_{3} + C l_{2} \to N_{2} + H C l$ ; в) $C H_{4} \to C_{2} H_{2} + H_{2}$ ; г) $O_{3} \to O_{2}$ ; д) $N_{2} + O_{2} \to N O$ ; е) $N_{2} H_{4} \to N H_{3} + N_{2}$ ?

а) Постійний. Рівняння: $C H_{4} + C l_{2} = C H_{3} C l + H C l$ . Співвідношення: $2 \to 2$ .
б) Збільшуватиметься. Рівняння: $2 N H_{3} + 3 C l_{2} = N_{2} + 6 H C l$ . Співвідношення: $5 \to 7$ .
в) Збільшуватиметься. Рівняння: $2 C H_{4} = C_{2} H_{2} + 3 H_{2}$ . Співвідношення: $2 \to 4$ .
г) Збільшуватиметься. Рівняння: $2 O_{3} = 3 O_{2}$ . Співвідношення: $2 \to 3$ .
д) Постійний. Рівняння: $N_{2} + O_{2} = 2 N O$ . Співвідношення: $2 \to 2$ .
е) Збільшуватиметься. Рівняння: $3 N_{2} H_{4} = 4 N H_{3} + N_{2}$ . Співвідношення: $3 \to 5$ .

Чи вистачить кисню об’ємом $2, 5$ л для спалювання такого ж об’ємом чадного газу?

Так, вистачить. Згідно з рівнянням $2 C O + O_{2} = 2 C O_{2}$ , на $2$ об’єми $C O$ витрачається $1$ об’єм $O_{2}$ . Для $2, 5$ л $C O$ потрібно лише $1, 25$ л кисню. Отже, кисню взято з надлишком.

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

Обчисліть об’єм кисню, який витратиться на згоряння метану $C H_{4}$ об’ємом $2$ л, якщо продуктами реакції є вода і вуглекислий газ.

Дано:
$V (C H_{4}) = 2 л$

Знайти:
$V (O_{2}) - ?$

Розв’язання:
Рівняння: $C H_{4} + 2 O_{2} = C O_{2} + 2 H_{2} O$ .
За рівнянням, на $1$ об’єм $C H_{4}$ потрібно $2$ об’єми $O_{2}$ .
$V (O_{2}) = 2 \cdot 2 л = 4 л$ .

Відповідь: 4 л.

У посудині змішали газ $N O$ об’ємом $4$ л і кисень об’ємом $3$ л. Які гази будуть виявлені після реакції, унаслідок якої утворюється газ $N O_{2}$ ? Обчисліть об’єм кожного із цих газів.

Дано:
$V (N O) = 4 л$
$V (O_{2}) = 3 л$

Знайти:
Склад і об’єми газів після реакції.

Розв’язання:
Рівняння: $2 N O + O_{2} = 2 N O_{2}$ .
Співвідношення: $2 : 1 : 2$ .

Визначаємо надлишок: на $4$ л $N O$ потрібно $2$ л $O_{2}$ . В наявності є $3$ л, отже, кисень у надлишку. Залишок: $3 - 2 = 1 л$ .
Об’єм утвореного $N O_{2}$ дорівнює об’єму $N O$ , тобто $4$ л.

Відповідь: 4 л $N O_{2}$ та 1 л $O_{2}$ .

Після реакції у $40$ мл суміші кисню з воднем залишилося $10$ мл кисню, який не прореагував. Обчисліть об’єми газів, які були в суміші до взаємодії речовин.

Дано:
$V_{сум} = 40 мл$
$V_{зал} (O_{2}) = 10 мл$

Знайти:
$V_{поч} (H_{2}) - ?$
$V_{поч} (O_{2}) - ?$

Розв’язання:
Об’єм газів, що зреагували: $40 - 10 = 30 мл$ .
Рівняння: $2 H_{2} + O_{2} = 2 H_{2} O$ .
Співвідношення $H_{2} : O_{2} = 2 : 1$ .
Нехай прореагувало $x$ мл $O_{2}$ , тоді $H_{2}$ прореагувало $2 x$ мл.
$x + 2 x = 30$
$3 x = 30 \Rightarrow x = 10 мл$ .
Тобто прореагувало $10$ мл $O_{2}$ і $20$ мл $H_{2}$ .
Початкові об’єми:
$V_{поч} (H_{2}) = 20 мл$ .
$V_{поч} (O_{2}) = 10 (зреагувало) + 10 (залишок) = 20 мл$ .

Відповідь: 20 мл водню і 20 мл кисню.

У якому об’ємному відношенні необхідно змішати сірчистий газ $S O_{2}$ і повітря, щоб кожного реагенту вистачило для перебігу реакції $S O_{2} + O_{2} \to S O_{3}$ ? Вважайте, що кисень займає п’яту частину об’єму повітря. Спробуйте розв’язати задачу усно.

Дано:
Рівняння: $2 S O_{2} + O_{2} = 2 S O_{3}$
$V (O_{2}) = 1/5 V_{пов}$

Знайти:
$V (S O_{2}) : V_{повітря} - ?$

Розв’язання:
Співвідношення газів за рівнянням: $S O_{2} : O_{2} = 2 : 1$ .
Оскільки кисень становить п’яту частину повітря, об’єм повітря в $5$ разів більший за об’єм кисню: $V_{пов} = 5 \cdot V (O_{2})$ .
Тоді відношення $V (S O_{2}) : V_{пов} = 2 : 5$ .

Відповідь: 2 : 5.

Обчисліть об’єм кисню, який витратиться на спалювання $200$ мл суміші водню та чадного газу $СО$ . Чи необхідно для розв’язання задачі знати кількісний склад суміші? Відповідь аргументуйте.

Дано:
$V_{сум} (H_{2}, C O) = 200 мл$

Знайти:
$V (O_{2}) - ?$

Розв’язання:
Рівняння:
$2 H_{2} + O_{2} = 2 H_{2} O$
$2 C O + O_{2} = 2 C O_{2}$
В обох реакціях пальне і кисень реагують у співвідношенні $2 : 1$ .
Тому на згоряння всієї суміші потрібен удвічі менший об’єм кисню:
$V (O_{2}) = 200/2 = 100 мл$ .

Відповідь: 100 мл. Знати точний склад суміші не потрібно.

ШАНС ДЛЯ ТВОРЧОСТІ

Один об’єм газуватої сполуки Нітрогену з Гідрогеном під час згоряння в кисні утворює один об’єм азоту $N_{2}$ і два об’єми водяної пари. Установіть формулу сполуки і запишіть рівняння відповідної реакції.

Схема:
$1 \cdot N_{x} H_{y} + O_{2} \to 1 \cdot N_{2} + 2 \cdot H_{2} O$

За законом збереження маси:

Атомів $N$ : $x = 1 \cdot 2 \Rightarrow x = 2$ .
Атомів $H$ : $y = 2 \cdot 2 \Rightarrow y = 4$ .

Формула речовини — $N_{2} H_{4}$ (гідразин).

Рівняння: $N_{2} H_{4} + O_{2} = N_{2} + 2 H_{2} O$

У КОМАНДІ

За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про експерименти, що зумовили відкриття закону об’ємних відношень газів у хімічних реакціях.

У 1805 році Жозеф Луї Гей-Люссак та Александр фон Гумбольдт досліджували взаємодію водню і кисню. Вони виявили, що ці гази утворюють воду в чіткому об’ємному відношенні $2 : 1$ . У 1808 році Гей-Люссак перевірив інші реакції (зокрема, синтез амоніаку та хлороводню) і вивів загальний закон: об’єми газів, що реагують, співвідносяться як невеликі цілі числа.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

Закон об’ємних відношень газів — Law of combining volumes of gases
Газуваті речовини — Gaseous substances
Хімічне рівняння — Chemical equation
Реагенти — Reactants
Продукти реакції — Reaction products
Стехіометричні коефіцієнти — Stoichiometric coefficients
Об’ємна частка — Volume fraction

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

188. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Критерії оцінювання знань та вмінь	Рівень засвоєння (високий/середній/початковий)
Знання формулювання закону Ж. Л. Гей-Люссака	Високий
Розуміння зв’язку між коефіцієнтами в рівнянні та об’ємами газів	Високий
Вміння складати об’ємні пропорції для хімічних реакцій	Високий
Вміння розв’язувати задачі на суміші газів	Середній
Знання історії відкриття закону	Високий

§ 17. Відношення об’ємів газів у хімічних реакціях

Теги статті:

До уроку