§ 18. Відносна густина газу

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Яка відмінність між густиною та відносною густиною газу?

Густина газу ( $ρ$ ) показує масу в одиниці об’єму і має розмірність (наприклад, $г / л$ , $г / см^{3}$ ). Відносна густина ( $D$ ) — безрозмірна величина: вона вказує, у скільки разів один газ важчий за інший за однакових температури й тиску.

Як установити, легший чи важчий газ за повітря?

Порівняйте молярну масу газу ( $M$ ) із середньою молярною масою повітря — $29 г / моль$ . Газ із більшою молярною масою важчий за повітря, із меншою — легший.

Як використовують відносну густину газу в розв’язуванні задач?

Її застосовують для знаходження молярної маси невідомого газу: $M (B) = D_{A} (B) \cdot M (A)$ . Також вона допомагає вибрати спосіб збирання газу витісненням повітря (отвором пробірки догори чи донизу).

Чи можна за допомогою аналогічних обчислень з’ясувати, у скільки разів алюміній легший за свинець, а гліцерин важчий за етиловий спирт? Відповідь аргументуйте.

Ні. Закон Авогадро діє лише для газів. У рівних об’ємах твердих речовин або рідин кількість частинок різна. Тому їх порівнюють за звичайною густиною ( $ρ$ ), а не за молярною масою ( $M$ ).

Обчисліть відносну густину вуглекислого газу за гелієм.

Молярна маса $C O_{2}$ — $44 г / моль$ , $H e$ — $4 г / моль$ . Розрахунок:
$D_{H e} (C O_{2}) = \frac{44}{4} = 11$

ДОСЛІДЖУЄМО ХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ

Доведіть, що водень і метан легші від повітря.

Молярна маса повітря — $29 г / моль$ . Молярна маса водню ( $H_{2}$ ) — $2 г / моль$ , метану ( $C H_{4}$ ) — $16 г / моль$ . Оскільки $2 < 29$ і $16 < 29$ , обидва гази легші за повітря.

На малюнку — п’ять кульок з газами ( $H e$ , $H C l$ , $A r$ , $N H_{3}$ , $S O_{2}$ ). Якщо газ легший за повітря, зобразіть у зошиті кульку з газом, яка рухається вгору, а якщо газ важчий за повітря, зобразіть кульку, що рухається вниз.

Вгору рухатимуться кульки з легшими за повітря газами: гелієм ( $H e$ , $M = 4$ ) та амоніаком ( $N H_{3}$ , $M = 17$ ). Вниз опустяться важчі за повітря гази: хлороводень ( $H C l$ , $M = 36, 5$ ), аргон ( $A r$ , $M = 40$ ) і сірчистий газ ( $S O_{2}$ , $M = 64$ ).

Чому кисень, який важчий від повітря, не накопичується біля земної поверхні, а легший від повітря азот не піднімається вгору?

Гази не утворюють шарів завдяки дифузії та постійному перемішуванню повітря вітрами й конвекцією. Це робить склад нижніх шарів атмосфери однорідним.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про відносну густину газу, її обчислення та використання.

Відносна густина — безрозмірна величина, що вказує, у скільки разів один газ важчий за інший за однакових умов. Формула:
$D_{A} (B) = \frac{M ( B )}{M ( A )}$
Показник потрібен для вибору способу збирання газів та розпізнавання невідомих речовин.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх.

Запитання: Чи зміниться напрямок руху кульки з амоніаком, якщо перенести її з повітря у вуглекислий газ?
Відповідь: Ні, вона рухатиметься вгору.
Пояснення: Молярна маса амоніаку ( $17 г / моль$ ) менша і за повітря ( $29$ ), і за $C O_{2}$ ( $44$ ). У вуглекислому газі виштовхувальна сила лише зросте.

ПЕРЕВІР СЕБЕ

189. Порівняйте величини «відносна густина» і «густина».

Густина ( $ρ$ ) — це відношення маси до об’єму з конкретними одиницями вимірювання ( $г / л$ ). Відносна густина ( $D$ ) — безрозмірне відношення мас рівних об’ємів двох газів або їхніх молярних мас.

190. Обчисліть відносну густину за воднем газів із такими формулами: $H e$ , $N e$ , $C H_{4}$ , $N H_{3}$ , $N_{2}$ , $C O$ , $S i H_{4}$ , $S O_{2}$ . (Усно.)

Відносна густина за воднем ( $D_{H_{2}} = M /2$ ):

Гелій ( $H e$ ): $4/2 = 2$
Неон ( $N e$ ): $20/2 = 10$
Метан ( $C H_{4}$ ): $16/2 = 8$
Амоніак ( $N H_{3}$ ): $17/2 = 8, 5$
Азот ( $N_{2}$ ): $28/2 = 14$
Чадний газ ( $C O$ ): $28/2 = 14$
Силан ( $S i H_{4}$ ): $32/2 = 16$
Сірчистий газ ( $S O_{2}$ ): $64/2 = 32$

ПОМІРКУЙМО

191. Чому відносну густину газу наводять, не вказуючи умови — тиск і температуру?

Зміна тиску чи температури однаково впливає на густину й молярний об’єм обох газів, тому їхнє співвідношення завжди залишається сталим.

192. Відносна густина за воднем газоподібної простої речовини становить 24. Яка хімічна формула цієї речовини?

Розрахунок молярної маси:
$M = 24 \cdot 2 = 48 г / моль$
Це відповідає озону ( $O_{3}$ , $16 \cdot 3 = 48$ ).
Відповідь: $O_{3}$ .

193. Укажіть напрямок переміщення в повітрі: а) газу хлору $C l_{2}$ , який використовували в хімічних атаках у Першій світовій війні; б) газу амоніаку $N H_{3}$ в разі аварії на хімічному заводі.

а) Хлор ( $C l_{2}$ , $M = 71$ ) важчий за повітря ( $M = 29$ ), тому опускатиметься в низини.
б) Амоніак ( $N H_{3}$ , $M = 17$ ) легший за повітря, тому підніматиметься.

АНАЛІЗУЙМО

194. Один зі способів збирання газу в хімічному досліді — витиснення ним повітря з посудини. Оберіть варіант розміщення пробірки (мал. 49), у яку збиратимете: а) вуглекислий газ; б) водень; в) метан $C H_{4}$ .

а) $C O_{2}$ важчий за повітря — збирають отвором догори.
б) $H_{2}$ легший за повітря — отвором донизу.
в) $C H_{4}$ легший за повітря — отвором донизу.

ПОЯСНЮЙМО

195. Чому відносна густина суміші газу етилену $C_{2} H_{4}$ з чадним газом $C O$ не залежить від її кількісного складу?

Етилен ( $C_{2} H_{4}$ ) і чадний газ ( $C O$ ) мають однакову молярну масу — $28 г / моль$ . Тому середня молярна маса їхньої суміші завжди дорівнює $28 г / моль$ , незалежно від пропорцій.

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

196. Обчисліть густину повітря за нормальних умов.

Густина дорівнює відношенню молярної маси до молярного об’єму:
$ρ = \frac{29}{22 , 4} \approx 1, 29 г / л$

197. Відносна густина газу А за повітрям становить 1,59. Обчисліть відносну молекулярну масу цього газу.

Дано:
$D_{пов} (A) = 1, 59$
$M (повітря) = 29 г / моль$

Знайти:
$M (A) - ?$

Розв’язання:
$M (A) = 1, 59 \cdot 29 \approx 46, 1 г / моль$ .
Отже, $M_{r} (A) \approx 46, 1$ .

Відповідь: 46,1.

198. Є газ, який легший за повітря в 1,7 раза. Важчий чи легший він за метан $C H_{4}$ й у скільки разів?

Дано:
$M (пов) / M (X) = 1, 7$
$M (C H_{4}) = 16 г / моль$

Знайти:
$M (X) : M (C H_{4}) - ?$

Розв’язання:
Молярна маса газу $X$ : $M (X) = 29/1, 7 \approx 17, 06 г / моль$ .
Відношення до метану: $17, 06/16 \approx 1, 07$ .

Відповідь: газ важчий за метан у 1,07 раза.

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

199. Маса газу Х об’ємом 2 л становить 3,75 г, а маса такого самого об’ємом газу Y — 2,32 г. Обчисліть густину газу Х, а також його відносну густину за газом Y.

Дано:
$V = 2 л$
$m (X) = 3, 75 г$
$m (Y) = 2, 32 г$

Знайти:
$ρ (X) - ?$
$D_{Y} (X) - ?$

Розв’язання:
$ρ (X) = 3, 75/2 = 1, 875 г / л$ .
$ρ (Y) = 2, 32/2 = 1, 16 г / л$ .
$D_{Y} (X) = 1, 875/1, 16 \approx 1, 62$ .

Відповідь: 1,875 г/л; 1,62.

200. Газ об’ємом 1 л за нормальних умов має масу 1,96 г. Обчисліть відносну густину цього газу за азотом.

Дано:
$V = 1 л$
$m = 1, 96 г$
$V_{M} = 22, 4 л / моль$
$M (N_{2}) = 28 г / моль$

Знайти:
$D_{N_{2}} - ?$

Розв’язання:
Кількість речовини: $n = 1/22, 4 \approx 0, 0446 моль$ .
Молярна маса: $M = 1, 96/0, 0446 \approx 44 г / моль$ .
Відносна густина: $D_{N_{2}} = 44/28 \approx 1, 57$ .

Відповідь: 1,57.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

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

Відносна густина газу — relative gas density
Густина — density
Молярна маса — molar mass
Середня молярна маса повітря — average molar mass of air
Нормальні умови — standard conditions (STP)

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

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

Приклад заповненої таблиці:

Критерій оцінювання	Рівень володіння (0-3 бали)
Знаю визначення відносної густини газів	3
Вмію обчислювати відносну густину за формулою	3
Розумію різницю між густиною та відносною густиною	2
Вмію порівнювати гази з повітрям за масою	3
Загальний бал	11

§ 18. Відносна густина газу

Теги статті:

До уроку