Объемы газов, которые при одинаковых условиях вступают в реакцию и образуются в результате реакции, относятся друг к другу как небольшие целые числа.
Согласно закону Авогадро равное количество молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковый объем. Значит, 1 моль молекул различных газов при одинаковых условиях тоже будет занимать одинаковый объем. Поэтому в реакции
H2 + Cl2 = 2HCl один объем водорода соединяется с одним объемом хлора и образуются два объема хлороводорода. Объемные отношения газов равны:
V(H2):V(Cl2):V(HCl) = 1:1:2.
Коэффициенты, которые стоят перед формулами газообразных соединений в химическом уравнении, показывают не только отношение количеств вещества (моль), но и отношение их объемов, измеренных при одинаковых условиях.
Например, нужно узнать, какие объемы кислорода и водорода вступили в реакцию, если образовалось 40 л водяного пара (рис. 2.10).
Отношение объемов равно отношению коэффициентов в уравнении реакции (2Н2+1О2=2Н2О):
V(H2):V(О2):V(H2О) = 2 : 1 : 2.
Введем обозначения: V(H2)= х,V(О2) = у, тогда
х : у : 40 = 2 : 1 : 2,
откуда х = 40, у = 20.
Из пропорции видно, что объемы водорода и кислорода были такими: V(H2)= 40 л, V(О2) = 20 л.
Рисунок 2.10 – Иллюстрация к закону объемных отношений
Пример 2.13. Рассчитайте объем кислорода, который нужен для горения 3 л этана С2Н6.
Дано:
Решение:
V(C2H6) = 3л
Запишем уравнение реакции
2С2Н6 + 7О2 = 4СО2 + 6 Н2О(газ).
По закону объемных отношений используем отношение коэффициентов:
V(O2) – ?
V(C2H6):V(O2):V(CO2):V(H2O) = 2:7:4:6,
V(C2H6):V(O2) = 2:7, отсюда V(O2)= 7/2 V(C2H6),
Откуда объем кислорода
V(O2)= 3 л·7/2 = 10,5 л.
Ответ: V(O2) = 10,5 л.
Пример 2.14. Для сжигания 4 л неизвестного газа использовали 6 л кислорода. В результате образовалось 4 л Н2О и 4 л SO2. Определите формулу газа.
Дано:
Решение:
V(газа) = 4л
V(H2O) = 4л
V(SO2) = 4л
Запишем схему реакции:
Газ + 3О2®2 SO2 + 2 H2O.
По закону сохранения массы число атомов каждого элемента
должно быть одинаковым до и после реакции.
По отношению объемов газов определяем коэффициенты в уравнении реакции:
V(газа):V(O2):V(SO2):V(H2O) = 4:6:4:4: = 2:3:2:2.
Следовательно, неизвестный газ должен содержать один атом серы и два атома водорода:
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O.
Формула газа – ?
Ответ: формула газа H2S.
Контрольные вопросы
Сформулируйте закон объемных отношений.
Задания для самостоятельной работы
Рассчитайте, сколько литров кислорода понадобится для окисления 5 л SO2. Какой объем SO3 при этом образуется?
При взаимодействии одного объема СО с одним объемом хлора образуется один объем газа фосгена. Установите формулу фосгена.
Сколько литров кислорода понадобится для сжигания 2 м3 метана? Какой объем СО2 образуется?
Для сжигания 1 л паров горючего вещества израсходовано 1,5 л кислорода и получено 1 л СО2 и 1 л SO2. Найдите формулу вещества.
Для полного сгорания 20 мл паров органического вещества понадобилось 60 мл кислорода. В результате образовалось по 40 мл углекислого газа и водяных паров. Установите формулу вещества.
Определите формулу газа, если при горении 1 м3 этого газа расходуется 3 м3 О2 и получается 2 м3 СО2 и 2 м3 Н2О (пар).
При взрыве смеси, состоящей из 10 см3 некоторого газа и 20 см3 О2, образуется 20 см3 углекислого газа и 10 см3 азота. Найдите молекулярную формулу газа.
