Тема. Объемные отношения газов при химических реакциях
Поурочные планы Сычевой Л.Н..
Класс: __8___ Дата: __________________
Тема «Молярный объем газов. Закон Авогадро. Относительная плотность газов. Объемные отношения газов при химических реакциях»
Цель : закрепление навыков решения задач по формулам и уравнениям химических реакций.
Задачи:
продолжить формирование понятия «моль»;
познакомить учащихся с законом Авогадро и областью его применения;
ввести понятия «молярный объем», «относительная плотность газов»;
развивать логическое мышление и умение применять полученные знания.
План урока
Мотивация учащихся;
Повторение необходимых терминов и понятий;
Изучение нового материала;
Закрепление (на каждом этапе изучения темы);
Рефлексия.
Ход урока
Перед вхождением в новую тему необходимо повторить основные ключевые термины, понятия и формулы:
Что такое «моль»?
Что такое «молярная масса»?
Что такое «число Авогадро»?
Как обозначается величина «количество вещества»?
Напишите формулы нахождения молярной массы вещества, числа Авогадро.
Два ученика решают задачи у доски:
1. Вычислите массу 3,5 моль воды. Определите число молекул, содержащихся в этом количестве вещества.
2. Какое количество вещества железа соответствует массе 112 г?
Учащиеся на местах также решают задачу: вычислите количество вещества кислорода, содержащееся в 3,2 г. Найдите число молекул в этом количестве вещества.
После непродолжительного времени (5 мин.) обсуждаем решение всех задач
Объяснение закона Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул (одинаковое количество вещества).
(Школьники в тетрадях составляют опорный конспект. Выделяют величину 22,4 л – это объем, который занимает 1 моль любого газа при нормальных условиях).
Разбираем примеры расчетных задач:
1. Какое количество вещества азота составляет 11,2 л?
2. Какой объем займут 10 моль кислорода?
После этого учащимся предлагается самостоятельная работа по вариантам:
| Задание | 1-ый вариант | 2-ой вариант | 3-ый вариант | 4-ый вариант |
| водорода | кислорода | |||
| Определите объем газа | кислорода | водорода |
||
| Определите количество вещества | ||||
| Определить массу |
На следующем этапе урока рассматриваем применение величины молярного объема (22,4 л) при решении расчетных задач по уравнениям химических реакций:
1. Какой объем кислорода необходим для взаимодействия с 6,4 г меди?
2. Какое количество алюминия подвергается окислению 13,44 л кислорода?
3. Какой объем кислорода потребуется на сжигание 4 л этана (С 2 Н 6 )?
На примере третьей задачи показываю учащимся решение ее с применением закона объемных отношений газов. Уточняю, что так решаются те задачи, где речь идет только о газообразных веществах. Делаю акцент учащихся на формуле и прошу обратить на нее внимание, запомнить.
Химия
Общая химия
Основные понятия, законы и теории химии
Объемные отношения газов в химических реакциях. Закон Авоґадро
Закон объемных отношений Гей-Люссака
Газы реагируют между собой в определенных объемных соотношениях. В 1808 г. Ж. Л. Гей-Люссак установил такую закономерность:Объемы газов, вступающих в реакцию, относятся друг к другу и газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа .
Открытый ученым закон известен в химии как закон объемных відношен ь. Для его соблюдения необходимо, чтобы объемы газов, участвующих в реакции, измерялись при одинаковых температур и давления.
Отношение объемов газов, вступающих в химическую реакцию, соответствуют коэффициентам уравнения, например: .
В данном случае 3 объемы водорода реагируют с 1 объемом азота в результате чего образуются 2 объема аммиака, то есть выдерживается соотношение .
Задача. Какой объем водорода необходим для реакции с 2 м 3 азота?
Решение
Из уравнения реакции видно, что объем водорода должен быть в 3 раза больше объема азота:
объем водорода м 3 .
Закон Авоґадро
Для объяснения простых соотношений между объемами газов, что реагируют, используют закон Авоґадро: В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул.
Из закона Авоґадро вытекают два никогда не давала и:
1) Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объем.
При нормальных условиях (н. у.), то есть при температуре 273 К и давлении 101,3 кПа (1 атм), 1 моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем называют молярным объемом газа и обозначают как л/моль.
Молярный объем можно рассчитать по формуле
.
2) При постоянном давлении и температуре плотность газа определяется только его молярною массой.
Это позволяет ввести понятие относительной плотности первого газа по второму:
,
где D - относительная плотность, которая показывает, во сколько раз первый газ тяжелее второй при одинаковых условиях.
Чаще всего используют относительную плотность газа по водороду. Тогда:
; .
Можно рассчитать относительную плотность по любым газом.
Объемные отношения газов при химических реакциях.
Цель: закрепить знания о газах, уметь вычислять объемные отношения газов, по химическим уравнениям используя закон объемных отношений, применять закон Авогадро и понятие молярного объёма при решении задач.
Оборудование: Карточки с задачами, на доске закон Авогадро.
Ход урока:
I Орг. момент
Повторение
1.Какие существуют вещества в газообразном состоянии?
(Н2, N2, О2, СН4, С2 Н6)
2.Какое понятие характерно для этих газов? («Объем»)
3.Какой ученый предположил, что в состав газов входят 2 атома и какие?
(А.Авогадро, Н2, О2, N2)
4. Какой закон был открыт Авогадро?
(В равных объемных различных газов при одинаковых условиях(t и давления) содержится одинаковое число молекул)
5. По закону Авогадро 1 моль любого газа занимает объем равен (22,4 л/моль)
6.Каким законом обозначается объем газа? (V м – объем молярный)
7. По каким формулам мы находим: V, Vм, количества вещества?
Vм = V v = V V = Vм ∙ v
v Vм
II. Изучение материала
Когда вступивший в реакцию реагент и полученный продукт находится в газообразном состоянии, то по уравнению реакции можно определить их объемные отношения.
Например, рассмотрим взаимодействие водорода с хлором. Например уравнение реакции:
Н2 + CI2 = 2НСI
1 моль 1 моль 2 моль
22,4 л/моли 22,4 л/моли 44,8 л/моли
Как видим, 1 моль водорода и 1 моль хлора, вступив в реакцию, образуют 2 моль хлороводорода. Если сократить эти числовые значения объемов на 22,4, то получим объемное отношения 1:1:2. Таким способом можно определить и объемные отношения газообразных веществ при нормальных условиях.
Закон Авогадро, играющий важную роль в химических расчетах газообразных веществ, формируется следующим образом:
В равных объемах при одинаковых внешних условиях (t и давление) содержится одинаковое число молекул.
Из этого закона вытекает следствие, что 1 моль любого газа при нормальных условиях всегда занимает один и тот же объем (молярный объем газа). Равный 22,4 л.
Коэффициенты в уравнениях реакции показывает число молей и число объемов газообразных веществ.
Пример: Рассчитайте, какой объем кислорода расходуется при взаимодействии с ним 10м³ водорода.
Запишим уравнение реакции
10 м³ х м³
2Н2 + О2 = 2Н2О
2 моль 1 моль
2 м³ 1 м³
По уравнению реакции известно, что водород и кислород вступают в реакцию в объемных отношениях 2:1.
Тогда 10:2 = Х:1, Х = 5 м³. Следовательно, чтобы 10м³ водорода вступили в реакцию необходимо 5 м³ кислорода.
Расчеты с применением закона Авогадро.
I тип задач.
Определение количества вещества по известному объему газа и вычисление объема газа (н.у.) по производству количеству вещества.
Пример 1. Вычислите количество молей кислорода, объем которого при н.у. занимает 89,6 л.
По формуле V = Vм ∙ v находим количество вещества v = V
Vм
v(O2) = _____89,6л___ = 4 моль
22,4 л/моль Ответ: v(O2) = 4 моль
Пример 2. Какой объем при нормальных условиях занимает 1,5 моль кислорода?
v(O2) = Vм ∙ v = 22,4 л/моль ∙ 1,5 моль = 33,6 л.
II тип задач.
Вычисление объема (н.у.) по массе газообразного вещества.
Пример. Вычислите, какой объем (при н.у.) занимают 96 г кислорода. Сначала находим молярную массу кислорода О2. Оно равно М (О2) = 32 г/моль.
Теперь по формуле m = M ∙ v находим.
v(O2) = m = 96 г____ = 3 моль.
М 32 г/моль
Вычислите объем, занимаемый 3 моль кислорода (н.у), по формуле V = Vм ∙ v: V(O2) = 22,4 л/моль ∙ 3 моль = 67,2 л.
Ответ: V(O2) = 67,2 л.
III. Закрепление урока
1. работа с упр. стр 80 (8,9)
2. д/з: параграф 29 стр. 80 упр. 10
Приложенные файлы
Цели урока: формировать знания учащихся о закон объемных соотношений для газообразных веществ на примере химических реакций органических веществ; формировать умение применять закон объемных соотношений для расчетов по химическим уравнениям.
Тип урока: формирование новых умений и навыков.
Формы работы: выполнение тренировочных упражнений (практика на примерах, управляемая и самостоятельная практика).
Оборудование: карточки-задания.
II. Проверка домашнего задания. Актуализация опорных знаний. Мотивация учебной деятельности
1. Фронтальная беседа
1) Сравните физические свойства алканов, алкенов и алкінів.
2) Назовите общие химические свойства углеводородов.
3) Какие реакции (присоединение, замещение) характерны для алканов? Почему?
4) Какие реакции (присоединение, замещение) характерны для алкенов? Почему?
5) Из приведенных на доске веществ выберите те, которые обесцвечивают бромную воду. Приведите пример уравнений реакций.
2. Проверка домашнего задания
III. Изучение нового материала
Фронтальная беседа по материалу 8 класса
Чему равен молярный объем любого газа при нормальных условиях?
Все газы одинаково сжимаются, имеют одинаковый термический коэффициент расширения. Объемы газов зависят не от размеров отдельных молекул, а от расстояния между молекулами. Расстояния между молекулами зависят от скорости их движения, энергии и, соответственно, температуры.
На основании этих законов и своих исследований итальянский ученый Амедео Авогадро сформулировал закон:
В равных объемах различных газов содержится одинаковое количество молекул.
При обычных условиях газообразные вещества имеют молекулярное строение. молекулы газов очень мелкие по сравнению с расстоянием между ними. Поэтому объем газа определяется не размером частиц (молекул), а расстоянием между ними, что для любого газа примерно одинакова.
А. Авогадро сделал вывод, что, если взять 1 моль, то есть 6,02 · 1923 молекул любых газов, то они будут занимать одинаковый объем. Но при этом измеряться этот объем при одинаковых условиях, то есть при одинаковых температуре и давлении.
Условия, при которых проводятся подобные расчеты, назвали нормальными условиями.
Нормальные условия (н. в.):
Т = 273 К или t = 0 °С;
Р = 101,3 кПа или Р = 1 атм. = 760 мм рт. ст.
Объем 1 моль вещества называют молярным объемом (Vm ). Для газов при нормальных условиях равен 22,4 л/моль.
Согласно закону Авогадро, 1 моль любого газа занимает одинаковый объем при нормальных условиях равен 22,4 л/моль.
Следовательно, объемы газообразных реагентов и продуктов реакции соотносятся как их коэффициенты в уравнении реакции. Эту закономерность используют для химических расчетов.
IV. Первичное применение полученных знаний
1. Практика на примерах
Задача 1. Вычислите объем хлора, который может присоединить 5 л этилена.
Ответ: 5 л хлора.
Задание 2. Вычислите, какой объем кислорода нужен для сжигания 1 м3 метана.
Ответ: 2 м3 кислорода.
Задание 3. Вычислите объем ацетилена, для полного гидрирования которого потратили 20 л водорода.
Ответ: 10 л ацетилена.
2. Управляемая практика
Задание 4. Вычислите объем кислорода, который необходим для сжигания 40 л смеси, содержащей 20 % метана, 40 % этана и 40 % етену.
Ответ: 104 л кислорода.
3. Самостоятельная практика
Задание 5. Вычислите объем водорода, который потребуется для полного гидрирования вещества Х.
(Ученики самостоятельно заполняют таблицу, после окончания работы сверяют ответы.)
Объем вещества Х, л |
Формула вещества Х |
Уравнение гидрирования |
Объем водорода, л |
|
Задание 6. Вычислите объем воздуха (содержание кислорода принять 20 % объемных), что израсходуется для полного сжигания смеси.
(Учащиеся самостоятельно на оценку решают одну-две задачи по заданию учителя.)
Объем смеси, л |
||||||||
В данном разделе использованы материалы методического пособия "Обучение решению задач по химии". Авторы - составители: учитель химии высшей категории, методист Учреждения образования «Гимназии №1 г. Гродно» Толкач Л.Я.; методист учебно-методического отдела Учреждения образования «Гродненский ОИПК и ПРР и СО» Коробова Н.П.
Вычисления с использованием молярного объема газов.
Вычисление относительной плотности газов.
Объемные отношения газов
Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает один и тот же объем. Так, при нормальных условиях(н.у.), т.е. при температуре 0 °С и нормальном атмосферном давлении, равном 101,3 кПа, один моль любого газа занимает объем 22,4 дм 3 .
Отношение объема газа к соответствующему химическому количеству вещества есть величина, называемая молярным объемом газа (V m ):
V m = V / n дм 3 , откуда V = V m · n
Для того чтобы определить: легче или тяжелее газ относительно другого газа, достаточно сравнить их плотности:
r 1 / r 2 = M 1 ·V 1 /M 2 ·V 2 = M 1 /M 2 = D 2 .Из выше приведенного выражения видно: для того, чтобы сравнить плотности газов, достаточно сравнить их молярные массы.
Отношение молярной массы одного газа к молярной массе другого газа есть величина, называемая
относительной плотностью ( D 2 ) одного газа по другому газу.Зная относительную плотность одного газа по другому, можно определить его молярную массу:
M
1 = M 2 · D 2 .Воздух является смесью газов, поэтому его «молярная масса» представляет собой массу воздуха объемом 22,4 л. Эта величина численно равна:
М возд = 29 г/моль
Согласно закону Авогадро одинаковое число молекул разных газов при одних и тех же условиях занимает одинаковый объем.
Из этого вытекает второе следствие.
При неизменных температуре и давлении объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу, а также к объемам образующихся газообразных продуктов как небольшие целые числа.
Эта закономерность была сформулирована Гей-Люссаком в виде закона объемных отношений газов. Таким образом, если в химической реакции участвуют или получаются газообразные вещества, то по уравнению реакции можно установить их объемные отношения.
Объемы реагирующих и получающихся газов пропорциональны химическим количествам этих веществ:
V 1 / V 2 = n 1 / n 2 т.е. V 1 и V 2
численно равны коэффициентам в уравнении реакции.Пример 1. Баллон вмещает 0,5 кг сжатого водорода. Какой объем займет такое количество водорода? Условия нормальные.
Решение:
1. Вычисляем химическое количество
водорода, содержащееся в баллоне:N
(Н 2 ) = 500/2 = 250 (моль), где М(Н 2 ) = 2 г/моль.2.Так как при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4
дм 3 , тоV = V m · n , V ( H 2 ) = 22,4 * 250 = 5600 (дм 3 )
Ответ: 5600 дм 3
Пример2. Каков состав (в %) алюминиево-медного сплава, если при обработке 1 г его избытком соляной кислоты выделилось 1,18 л водорода?
Решение:
1.Так как в реакцию с кислотой вступит только алюминий, то записываем уравнение:
2А1 + 6НС1 = 2А1С1 3 + 3 H 2
2моль 3 моль
2.Вычисляем химическое количество водорода:
n (Н 2 ) = 1.18/22.4= 0,05 (моль)
3.По уравнению реакции вычисляем массу алюминия, содержащегося в сплаве:
3 моль 2 моль алюминия
0,05 моль водорода выделится, если прореагирует x моль алюминия
х = 0.05·2/3 = 0,033 (моль),
m ( Al ) = 0,035·27 = 0,9 (г), где М(А l ) = 27 г/моль
5. Вычисляем массовую долю алюминия в сплаве:
w (А l ) = m ( Al ) / m (сплава) , w ( А1 ) = 0,9/1= 0,9 или 90%.
Тогда массовая доля меди в сплаве 10%
Ответ: 90% алюминия, 10% меди
Пример 3. Определить относительную плотность: а) кислорода по воздуху, б) углекислого газа по водороду.
Решение:
1. Находим относительную плотность кислорода по воздуху:
D возд (О 2 ) = M (О 2 )/ M (возд.) = 32/29= 1,1.
2.Определяем относительную плотность углекислого газа по водороду
D Н2 (СО 2 ) = M (СО 2 )/ M (Н 2 ) = 44/2 = 22.
Ответ: 1,1; 22
Пример 4. Определите объем смеси газов, состоящей из 0,5 моль кислорода, 0,5 моль водорода и 0,5 моль углекислого газа.
Решение:
1. Находим химическое количество смеси газов:
n (смеси) = 0,5 + 0,5 + 0,5 = 1,5(моль).
2. Вычисляем объем смеси газов:
V (смеси) = 22,4 · 1,5 = 33,6(дм 3 ).
Ответ: 33,6 дм 3 смеси
Пример 5. Рассчитайте объем углекислого газа, который получится при сжигании 11,2 м 3 метана СН 4 .
Решение:
1. Записываем уравнение химической реакции горения метана:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
1 моль 1 моль
1 м 3 1 м 3
2. Для вычисления объема углекислого газа составляем и решаем пропорцию:
при сжигании 1 м 3 СН 4 получится 1 м 3 СО 2
при сжигании 11,2 м 3 СН 4 получится х м 3 СО 2
х = 11,2·1/1= 11,2 (м 3 )
Ответ : 11,2 м 3 углекислого газа
Пример 6. Стальной баллон для хранения сжатых газов наполнили жидким кислородом массой 8 кг.
Какой объем займет кислород в газообразном состоянии (н.у.) ?
Решение:
1. Вычисляем химическое количество жидкого кислорода:
n ( O 2 ) = 8000/32 = 250 (моль).
2. Вычисляем объем газообразного кислорода:
V ( O 2 ) = 22, 4 · 250 = 5600 дм 3 .
Ответ: 5600 дм 3
Пример 7. Вычислите массу воздуха объемом 1 м 3 (н.у.), если в нем 78 объемных долей азота, 21 - кислорода, 1 - аргона (не считая других газов).
Решение:
1. Исходя из условия задачи, объемы газов в воздухе соответственно равны:
V ( N 2 ) = 1 · 0,78 = 0,78 м 3 ;
V (О 2 ) = 1 · 0,21 = 0,21 м 3 ,
V (А r ) = 1 · 0,01 = 0,01 м 3 .
2. Вычисляем химическое количество каждого газа:
n ( N 2 ) = 0,78/22,4·10 -3 = 34,8 (моль),
n (О 2 ) = 0,21/22,4·10 -3 = 9,4 (моль),
n (А r ) = 0,01/22,4·10 -3 = 0,45 (моль).
3. Вычисляем массы газов:
m (N 2 ) = 34,8 · 28 = 974(г),
m (О 2 ) = 9,4 · 32 = 30(г),
m (А r ) = 0,45 · 40 = 18(г).
4. Вычисляем массу воздуха:
m (воздуха) = 974 + 301 + 18 = 1293 (г) или 1,293 кг.
Ответ: 1,293 кг воздуха
Пример 8. При поджигании в эвдиометре смеси кислорода и водорода объемом 0,1 м 3 объем смеси уменьшился на 0,09 м 3 .
Какие объемы водорода и кислорода были в исходной смеси, если оставшийся газ горит (н.у.) ?
Решение:
1. Записываем уравнение реакции:
2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О
2 моль 1моль 2моль
2. Определяем объемы газов, вступивших в реакцию.
Объем газовой смеси сократился за счет образования жидкой воды, поэтому объем газов, вступивших в реакцию, равен 0,09 м 3 .
Т.к. газы вступают в реакцию в отношении 2:1, то из 0,09 м 3 две части
приходятся на водород, а одна – на кислород. Следовательно, в реакцию
вступило 0,06 м 3 водорода и 0,03 м 3 кислорода.
3. Вычисляем объемы газов в исходной смеси.
Т.к. оставшийся газ горит, то это водород – 0,01 м 3 .
V (Н 2 ) = 0,01 + 0,06 = 0,07 (м 3 ) или 70 л,
V (О 2 ) = 0,1 – 0,07 = 0,03 (м 3 ) или 30 л.
Ответ: 70 л водорода, 30 л кислорода
Пример 9. Определите плотность по водороду газовой смеси, состоящей из 56л аргона и 28 л азота (н.у.) ?
Решение:
1. Исходя из определения относительной плотности газов,
D H 2 = M (смеси) / M (H 2 ).
2. Вычисляем химическое количество и массу смеси газов:
n (Ar ) = 5.6/22.4= 2,5 (моль);
n (N 2 ) = 28/22.4= 1,25 (моль);
n (смеси) = 2,5 + 1,25 = 3,75 (моль).
m (Ar ) = 2,5 · 40 = 100 (г),
m (N 2 ) = 1,25 · 28 = 35 (г),
m (смеси) = 100 + 35 = 135 (г), т. к.
М (А r ) = 40 г/моль, М (N 2 ) = 28 г/моль.
3. Вычисляем молярную массу смеси:
М(смеси) = m (смеси) / n (смеси) ;
М(смеси) = 135/3,75= 36 (г/моль)
4. Вычисляем относительную плотность смеси газов по водороду:
D H 2 = 36/2 = 18.
Ответ: 18
Пример 10. Можно ли полностью сжечь 3 г древесного угля в трехлитровой банке, наполненной кислородом (н.у.)?
Решение:
1. Записываем уравнение реакции горения угля:
С + О 2 = СО 2
1моль 1моль
2. Вычисляем химическое количество угля:
n (С) = 3/12 = 0,25 (моль), т. к. М (С) = 12 г/моль.
Химическое количество кислорода, необходимого для реакции, будет тоже равно 0,25 моль (исходя из уравнения реакции).
3. Вычисляем объем кислорода, необходимый для сжигания 3 г угля:
V (O 2 ) = 0,25 · 22,4 = 5,6 (л).
4. Поскольку газ занимает объем сосуда, в котором он находится, то имеется 3 л кислорода. Следовательно, этого количества не хватит для сжигания 3 г угля.
Ответ: не хватит
Пример 11. Во сколько раз увеличится объем жидкой воды в результате превращения ее в пар при н.у.?
