Превращения в газовой смеси
Общее количество газа при реакции
В газовой реакции общее количество газа меняется на \(\Delta\nu\) моль на каждый моль степени протекания:
Твёрдые и жидкие вещества в \(\Delta\nu\) не входят.
| Реакция | \(\Delta\nu\) |
|---|---|
| \(\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}\) | \(-2\) |
| \(\ce{2SO2 + O2 -> 2SO3}\) | \(-1\) |
| \(\ce{N2O4 -> 2NO2}\) | \(+1\) |
| \(\ce{CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2}\) | \(+1\) |
| \(\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}\) | \(0\) |
| \(\ce{C(s) + O2 -> CO2}\) | \(0\) |
Если \(\Delta\nu = 0\), общее количество газа (и давление при постоянных \(V\), \(T\)) при реакции не меняется — по давлению за такой реакцией следить нельзя.
infoИз истории
«Аномальные» плотности паров — у хлорида аммония, \(\ce{PCl5}\), серной кислоты — долго мешали принять гипотезу Авогадро: пары оказывались вдвое легче ожидаемого. На первом международном съезде химиков в Карлсруэ (1860) Станислао Канниццаро убедил коллег принять гипотезу, а аномалии объяснились диссоциацией: из одной молекулы при нагревании получаются две, и \(\Delta\nu = +1\).
Давление, объём и плотность как измерители
Уравнение состояния превращает изменение количества газа в измеряемую величину:
| Условия | Что пропорционально \(n\) | Формула |
|---|---|---|
| \(V\), \(T\) постоянны | давление | \(p/p_0 = n/n_0\) |
| \(p\), \(T\) постоянны | объём | \(V/V_0 = n/n_0\) |
| \(p\), \(T\) постоянны | плотность — обратно | \(\rho/\rho_0 = n_0/n\) |
| всегда | средняя молярная масса — обратно | \(\bar M = m/n\) |
Масса газа в закрытой системе сохраняется, поэтому плотность смеси и её средняя молярная масса меняются обратно пропорционально количеству.
edit_noteДиссоциация \(\ce{N2O4}\)
\(\ce{N2O4 -> 2NO2}\) в закрытом сосуде: \(n = n_0(1 - \alpha) + 2n_0\alpha = n_0(1 + \alpha)\). Давление выросло со 100 до 130 кПа — значит, \(1 + \alpha = 1{,}30\) и \(\alpha = 0{,}30\).
Степень превращения по измерению
Химическое применение модуля — восстановить степень превращения из измеряемой величины: давления, объёма, плотности.
edit_noteПлотность паров при диссоциации
\(\ce{PCl5 <=> PCl3 + Cl2}\): из \(n_0\) моль получается \(n_0(1 + \alpha)\) моль, масса та же. Значит, \(\bar M = \dfrac{M(\ce{PCl5})}{1 + \alpha}\). Измерив плотность паров по воздуху \(D\), получаем \(\bar M = 29D\) и \(\alpha = \dfrac{M(\ce{PCl5})}{\bar M} - 1\). Так в XIX веке открыли, что «аномальная» плотность паров некоторых веществ — следствие диссоциации.
lightbulbОбщая схема
- Записать количество каждого газа через \(\xi\) (или \(\alpha\)).
- Сложить: \(n = n_0 + \Delta\nu\,\xi\).
- Связать \(n\) с измеренной величиной (\(p\), \(V\), \(\rho\), \(\bar M\)).
- Найти \(\xi\), затем — всё остальное (степени превращения, доли, парциальные давления).
push_pinГлавное
Общее количество газа меняется как \(n = n_0 + \Delta\nu\,\xi\); при постоянных \(V\) и \(T\) давление ему пропорционально, при постоянных \(p\) и \(T\) — объём, а плотность — обратно; по измеренному значению находят \(\xi\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.