Урок 6
Тема. Закон Авогадро. молярний об’єм газів.
мета: сформувати уявлення про суть закону Авогадро, ввести поняття молярного об’єму газів; вивести формулу
обчислення кількості речовини з використанням мо‑
лярного об’єму газів; сформувати навички розв’язання
задач з використанням об’єму газів за нормальних
умов.
Базові поняття
та терміни:
моль, об’єм газу, тиск, температура, газоподібний
агрегатний стан речовини, молярна маса.
Тип уроку: комбінований.
методи
навчання:
пояснювально‑ілюстративні, репродуктивні, частко‑
во‑пошукові, практичні.
структура уроку
I. Організаційний етап ................................. 1 хв.
II. Перевірка домашнього завдання ....................... 5 хв.
III. Актуалізація опорних знань...........................4 хв.
IV. Вивчення нового матеріалу...........................20 хв.
1. Закон Авогадро.
2. Молярний об’єм газів.
3. Розв’язування задач із використанням молярного
об’єму газів.
V. Закріплення знань та вмінь ...........................12 хв.
VІ. Домашнє завдання...................................1 хв.
VII. Підбиття підсумків уроку.............................2 хв.
хід уроку
I. організаційний етап
Привітання, перевірка готовності учнів до уроку.
II. Перевірка домашнього завдання
Проводиться перевірка виконання письмових домашніх завдань (усно
або на дошці).
III. актуалізація опорних знань
Бесіда f
— В яких агрегатних станах може перебувати речовина?
— Охарактеризуйте газоподібний стан речовини.
— Як впливає на фізичний стан газів зміна температури?
— Як впливає на фізичний стан газів зміна тиску?
— Як зважити газ?
— Які три кількісні характеристики використовують для вимірювання
речовин?
Мотивація f
При розв’язуванні задач ми часто знаходимо кількість речовини
або масу газоподібних речовин (кисню, водню, вуглекислого газу тощо).
Перелічити кількість молекул практично неможливо, але й зважити гази
на практиці дуже важко. Для вимірювання газів прийнято використову-вати об’єми. Тож необхідно з’ясувати, як пов’язані між собою кількість
речовини і об’єм.
Учитель повідомляє тему уроку і просить учнів сформулювати мету
уроку.
IV. вивчення нового матеріалу
1. Закон Авогадро.
Розповідь учителя f
Тож нас цікавить, як пов’язані між собою об’єм газів і кількість мо-лекул, що міститься в цьому об’ємі. Таким питанням зацікавився на по-чатку ХІХ століття італійській учений Амедео Авогадро. Після численних
експериментів з газоподібними речовинами він у 1814 році сформулював
свій закон, який згодом одержав назву закону Авогадро:
У рівних об’ємах будь-яких газів, що перебувають в однакових умовах
(температура й тиск), міститься однакове число молекул.
Із сучасної точки зору це твердження досить легко пояснюється. Як
і більшість твердих і рідких речовин, гази складаються з окремих молекул.
Але на відміну від твердих і рідких речовин, в яких молекули розташовані
дуже щільно одна до одної, в газах молекули розташовані на великих
відстанях одна від одної. Ці відстані значно більші за власні розміри моле-кул. І хоча молекули різних газів відрізняються одна від одної розмірами,
формою і об’ємом, але цими відмінностями можна знехтувати і розглядати
їх як крихітні жорсткі кульки.
Молекули газу постійно перебувають у стані безладного (хаотично-го) руху і зіштовхуються одна з одною з певною частотою. Але при цьому
можна сказати, що середня відстань між молекулами газу постійна і зале-жить тільки від умов, в яких перебуває газ. Якщо різні гази перебувають
в однакових умовах (температура та тиск), то відстані між молекулами
приблизно однакові, і тому в однакових об’ємах має міститися однакове
число молекул.
Варто акцентувати увагу учнів на тому, що цей закон справедливий
тільки для ідеальних газів і не застосовується для рідин.
2. Молярний об’єм газів.
Колективне обговорення f
Відповідно до закону Авогадро, у рівних об’ємах різних газів за однако-вих умов міститься рівне число молекул. Яка ще величина характеризується
рівним числом частинок? (Відповідь: моль.)
Учитель пропонує об’єднати ці два судження. Необхідно дійти виснов-ку про те, що 1 моль будь-якого газу за однакових умов займає однаковий
об’єм. Це перший наслідок, що випливає із закону Авогадро.
Як можна назвати об’єм 1 моль газу за аналогією з молярною масою?
Яким буде молярний об’єм будь-якого газу за однакових умов?
Розповідь учителя f
Отже, об’єм одного моля речовини називають молярним об’ємом і по-значають Vm
.
молярний об’єм — це фізична величина, що дорівнює відношенню
об’єму речовини до його кількості.
V
V
n
m= .
Молярний об’єм виражають у літрах на моль (л / моль). Значення мо-лярного об’єму газів залежить від температури й тиску. У хімії прийнято
відносити його до атмосферного тиску й температури 0 °С — такі умови на-зивають нормальними (скорочено н. у.). Учитель конкретизує умови: 1 атм
і 0 °С або тиск 101,3 кПа й температура 273 К, (1 градус Кельвіна дорівнює
1 градусу Цельсія, 0 °С = 273 К, тоді 1 °С = 274 К, а — 1 °С = 272 К).
За нормальних умов молярний об’єм будь-якого газу дорівнює при-близно 22,4 л / моль.
3. Розв’язування задач із використанням
молярного об’єму газів.
Знаючи молярний об’єм газу, можна визначити кількість речовини n,
що міститься в об’ємі V за нормальних умов:
n
V
Vm
= ; Vm=224 ,.лмоль /
Також, якщо ми знаємо, що в одному молі речовини міститься така
кількість молекул, що дорівнює числу Авогадро, то можна обчислити чис-ло молекул газу в певному об’ємі за нормальних умов:
n
V
Vm
= ; NnNNV
V
N A
m
A
=⋅ ⇒=⋅ .
Задача 1. Обчисліть об’єм, що займає за нормальних умов газ
кількістю речовини 1,2 моль.
Дано:
nгазу ( )=12 , моль
Розв’язання:
VnVm
=⋅ =⋅ = 12 2242688 ,, , моль лмольл / .
Відповідь: Vгазу ( )=2688 , л.
V (газу) —?
Задача 2. Обчисліть кількість речовини, що міститься за нормаль-них умов у 5,6 л газу.
Дано:
Vгазу ( )=56 , л.
Розв’язання:
n
V
Vm
== =
56
224
025
,
,
,
л
лмоль
моль
/
.
Відповідь: nгазу ( )=025 , моль.
n (газу) —?
Задача 3. Обчисліть число атомів Оксигену та число молекул кисню,
що містяться в 16,8 л кисню (за н. у.).
Дано:
VO2 168 ()= , л.
Розв’язання:
N
V
V
N
m
A O
O
2
2 23 123 168
224
6104510 ()=
()⋅= ×⋅ =⋅ −
,
,
,
л
лмоль
моль
/
23 123 168
224
6104510 = ×⋅ =⋅ −
,
,
,
л
лмоль
моль
/
.
Кожна молекула кисню містить у своєму складі
два атоми Оксигену, тому число атомів Оксигену
буде вдвічі більше за число молекул кисню:
NNOO ( )=⋅()=⋅ ⋅=⋅ 224510 910 2
23 23
, .
Відповідь: NO2
23
4510 ()=⋅, , NO ( )=⋅910
23
.
NO2 () —?
N (О) —?
Задача 4. Обчисліть масу одного літра вуглекислого газу (н. у.).
Дано:
VCO2 1 ()= л
Розв’язання:
Обчислимо кількість речовини вуглекислого газу,
що міститься в 1 л:
n
V
Vm
CO
CO
2
2 1
224
00446 ()=
()=≈л
лмоль
моль
,
,
/
.
Маса такої кількості вуглекислого газу буде
дорівнювати:
mCO2 () —?
MCO2 12 21644 ()=+⋅= г / моль,
mnM CO CO CO 222 00446 44 196 ()= ()⋅ ()=⋅= ,,моль гмольг /
mnM CO CO CO 222 00446 44 196 ()= ()⋅ ()=⋅= ,,моль гмольг / .
Відповідь: mCO2 196 ()= , г.
V. Закріплення знань та вмінь
1) Обчисліть об’єм, що займають за нормальних умов:
а) кисень кількістю речовини 0,5 моль; б) водень кількістю речовини
2 моль; в) вуглекислий газ кількістю речовини 0,2 моль; г) вуглекислий
газ кількістю речовини 10 моль.
2) Обчисліть кількість речовини, що міститься за нормальних умов:
а) у 2,24 л азоту; б) 22,4 л кисню; в) 11,2 л водню; г) 4,48 л вуглекислого
газу.
Самостійна робота f
1) Скільки молекул азоту міститься в балоні об’ємом 20 л (н. у.)?
2) Визначте масу кисню, що міститься в балоні об’ємом 3 л (н. у.).
3) Під час розкладу води електричним струмом було одержано 6 г вод-ню. Який об’єм займе цей газ (н. у.)?
VI. домашнє завдання
Вивчити параграф підручника.
VII. Підбиття підсумків уроку
Учитель просить учнів визначити найважливіші поняття, що вивча-лись на уроці, а також проаналізувати результати своєї діяльності на уроці
і оцінити свої уміння розв’язувати задачі з використанням поняття «мо-лярний об’єм газів».
Додатковий матеріал до уроку
Закон об’ємних співвідношень
Багато реакцій, які становлять інтерес для хіміків, протікають
у газовій фазі. Досліджуючи реакцію водню з киснем, французький уче-ний Гей-Люссак виявив, що два об’єми водню завжди з’єднується з од-ним об’ємом кисню, утворюючи воду. Вивчивши ще кілька реакцій, Гей-Люссак встановив, що коли гази реагують між собою, їхні об’єми завжди
співвідносяться один до одного як невеликі цілі числа. Це правило було
опубліковано в 1808 р. і отримало назву закону об’ємних співвідношень.
рівняння менделєєва — клапейрона
Якщо газувата речовина перебуває не в критичних умовах (помірна
температура і тиск), то відстані між молекулами газу досить великі. Якщо
уявити, що в таких умовах молекули газів не взаємодіють одна з одною, то
такий газ називають ідеальним. Стан ідеального газу описується рівнянням
Менделєєва — Клапейрона:
pV nRT = ,
де р — тиск, V — об’єм газу, n — кількість речовини, R — універсальна
газова стала (8,314 ДжмольК / ⋅ ), Т — температура за шкалою Кельвіна.
За допомогою цього рівняння можна обчислити молярний об’єм
ідеального газу за будь-яких умов:
RT
p
V
n
Vm ==.
Підставляючи в це рівняння значення температури і тиску для нор-мальних умов, одержуємо:
Vm ну
ДжмольКК
Па
мабо ..
,,,, ( )=
⋅×
=
8314 27315
101325
00224132241
3 /
33л.
Необхідно також пам’ятати, що 22,4 л / моль — це молярний об’єм
ідеального газу. Якщо вимірювати молярні гази справжніх газів,
то значення їх молярних об’ємів будуть декілька відрізнятися від значен-ня для ідеального газу. Так, за нормальних умов Vm H2 22371 ()= , л / моль,
а Vm O2 22425 ()= , л / моль. Це пов’язано з тим, що водень і ки-сень — це реальні гази, для яких треба враховувати і об’єм молекул і сили
взаємодії між ними. Однак відхилення реальних молярних об’ємів газів
від молярного об’єму ідеального газу невелике і ним можна знехтувати.
молярний об’єм рідин і твердих речовин
Молярний об’єм рідких і твердих речовин, на відміну від молярного
об’єму газів, практично не залежить від тиску й температури, але зате
він різний у різних речовин. Наприклад, за звичайних умов один моль
води займає об’єм 18 мл, спирту — 58 мл, золота — 10 см
3
(1 см
3
1 = мл).
Оскільки у твердих і рідких речовинах атоми і молекули розташовуються
щільно один до одного, то об’єм, що має займати один моль такої речовини,
залежить як від розмірів частинок, так і від відстані між ними.
Молярний об’єм речовини у будь-якому стані (твердому, рідкому, газува-тому) можна знайти, якщо відомі молярна масаМ речовини та її густина ρ:
V
M
m=
ρ
.
|
