Плотность дистиллированной воды из различных источников при 4с

Источник	Плотность, г/мл	Источник	Плотность, г/мл
Снег	0,9999977	Животные	1,0000012
Дождь	0,9999990	Растения	1,0000017
Реки	1	Кристаллизационная вода минералов	1,0000024
Океан	1,0000015

В то же время очевидно, что состав молекул воды Н₂О не зависит от способа получения (отношение числа атомов Н к числу атомов О всегда 2 : 1).

Таким образом, закон постоянства состава строго выполняется только для молекул!

Пример 2.3. Вычислите значения массовых долей элементов в сернистой кислоте.

Решение. Массовая доля элемента в веществе может быть вычислена по формуле:

,

где (Э) – количество данного элемента в 1 моль вещества.

Молярная масса серной кислоты:

M(H₂SO₄) = 2М(H) + М(S) + 4М(O) = 2 + 32 + 64 = 98 (г/моль).

Массовые доли элементов в серной кислоте:

= 0,02, или 2%; = 0,33, или 33%;= 0,65, или 65%.

Пример 2.4. Определите простейшую формулу одного из оксидов серы, если массовая доля кислорода в нем равна 50%.

Решение. Массовая доля серы в оксиде:

(S) = 100 – 50 = 50%.

Найдем отношение количеств серы и кислорода¹:

(S) : (O) = :=:= 1,56 : 3,13 = 1 : 2.

Следовательно, простейшая формула оксида – SO₂.

2.3. Закон объемных отношений. Закон Авогадро

Закон объемных отношений газов был открыт Ж. Л. Гей-Люссаком. Уже в 1805 г. Гей-Люссак и А. фон Гумбольдт, изучая отношения объемов реагирующих газов, установили, что один объем кислорода соединяется с двумя объемами водорода. Эта работа была тесно связана с дальнейшими исследованиями газовых реакций Гей-Люссаком. Результаты своих работ он опубликовал в 1808 г. в статье «О соединении газообразных тел друг с другом». Он хотел «доказать, что газообразные тела соединяются друг с другом в очень простых отношениях и что уменьшение объема, наблюдаемое при реакциях, подчиняется определенному закону».

Сформулированное Гей-Люссаком обобщение известно под названием закона простых объемных отношений или «химического» закона Гей-Люссака:

Объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу и к объемам газообразных продуктов реакции как простые целые числа.

Например, в реакции

H₂ + Cl₂ = 2HCl V(H₂) : V(Cl₂) : V(HCl) = 1 : 1 : 2.

В 1810 г. во второй части своей работы «Новая система химической философии» Дальтон решительно выступил против открытого Гей-Люссаком закона, увидев в нем не подтверждение, а угрозу атомистической гипотезе. Дальтон много размышлял на эту тему. Первоначально он даже предполагал, что в одном объеме кислорода содержится столько же атомов, сколько и в одном объеме водорода. «Однако позднее я стал придерживаться другого мнения, и к этому привел меня следующий аргумент: один атом оксида азота состоит из одного атома азота и одного атома кислорода. Теперь, если в одинаковых объемах содержится одинаковое число атомов, то при взаимодействии одного объема азота с одним объемом кислорода должен образоваться один объем оксида азота, но, согласно данным Генри, образуются примерно два объема; поэтому оксид азота в том же объеме может содержать только половину атомов (по сравнению с азотом и кислородом)».

Некоторые другие данные, казалось, также противоречили атомистической гипотезе. Например, согласно представлениям Дальтона, плотность монооксида углерода как вещества, состоящего из двух атомов, должна быть больше плотности кислорода как вещества, состоящего из одного атома, однако на самом деле она меньше. Точно так же плотность паров воды оказалась меньше плотности кислорода.

Ни Дальтону, ни Гей-Люссаку не удалось объяснить противоречия между атомистической гипотезой и газовыми законами.

Эти противоречия были устранены в 1811 г. А. Авогадро. В работе «Очерк метода определения относительных масс элементарных молекул тел и пропорций, согласно которым они входят в соединения», он объяснил простые отношения между объемами газов, наблюдающиеся при химических реакциях, сформулировав закон, названный впоследствии его именем:

В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится равное число молекул.

Из закона Авогадро вытекают важные следствия:

1. При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем. Так, при нормальных условиях (Т = 273,15 К, p = 101325 Па):

V_m(газа) = 22,4 л/моль (н. у.).

2. Молярная масса вещества в газообразном состоянии равна его удвоенной плотности по водороду.

Относительная плотность газа – это число, показывающее, во сколько раз один газ тяжелее другого.

Например, относительная плотность газа Х по газу Y:

D_Y(Х) = =.

Чаще всего плотность газов определяют по отношению к водороду или воздуху (подумайте, почему):

–относительная плотность газа Х по водороду;

–относительная плотность газа Х по воздуху,

где – средняя молярная масса.

По относительным плотностям можно рассчитывать молярные массы веществ. Так:

, следовательно, M(Cl₂) = 2·.

Пример 2.5. Какой объем кислорода требуется для сжигания 4 м³ этана? Какой объем углекислого газа при этом образуется?

Решение: запишем уравнение реакции горения этана:

2С₂Н₆ + 7О₂ = 4СО₂ + 6Н₂О

Газы, участвующие в реакции, находятся при одинаковых условиях, поэтому для расчета их объемов не обязательно находить количества веществ, а можно применить закон Гей-Люссака и первое следствие из закона Авогадро.

По уравнению реакции:

для сжигания 2 объемов С₂Н₆ необходимо 7 объемов О₂,

а для сжигания 4 м³ С₂Н₆ – V м³ О₂.

V(O₂) = 4 ∙ 7 / 2 = 14 (м³).

Аналогично рассчитываем объем получающегося в реакции углекислого газа:

при сжигании 2 объемов С₂Н₆ образуется 4 объема СО₂,

а при сжигании 4 м³ С₂Н₆ – V м³ СО₂.

V(СO₂) = 4 ∙ 4 / 2 = 8 (м³).

Пример 2.6. Плотность оксида азота по водороду равна 23. Чему равна плотность этого газа по воздуху?

Решение. Зная плотность оксида азота по водороду, можно рассчитать его молярную массу:

М(N_xO_y) = (N_xO_y) ∙ М(H₂); М(N_xO_y) = 23 ∙ 2 = 46 (г/моль).

Плотность этого газа по воздуху равна:

= 1,6.

Пример 2.7. Найдите среднюю молярную массу и плотность (при н. у.) воздуха, имеющего объемный состав: 20,0% О₂; 79,0% N₂, 1% Ar.

Решение. Поскольку объемы газов пропорциональны их количествам (закон Авогадро), то среднюю молярную массу смеси газов можно выражать не только через количества, но и через объемы:

.

Возьмем 100 л смеси и вычислим объем каждого компонента по формуле:

V(газа) = (газа) ∙ V(смеси),

где  – объемная доля, выраженная в долях единицы.

V(O₂) = 0,20 ∙ 100 = 20 (л); V(N₂) = 0,79 ∙ 100 = 79 (л); V(Ar) = 0,01 ∙ 100 = 1 (л).

Подставляя эти значения в формулу, получим:

= 28,9 (г/моль).

Плотность при нормальных условиях равна молярной массе, деленной на молярный объем:

 = ; (воздуха) = = 1,29 (г/л) = 1,29∙10^–3 (г/см³).

Пример 2.8. Плотность смеси кислорода и озона по водороду равна 17. Определите массовую и объемную долю кислорода в смеси.

Решение. Средняя молярная масса данной смеси газов:

М̿(смеси) = ∙ М(Н₂); М̿(смеси) = 17 ∙ 2 = 34 (г/моль).

Пусть в смеси содержится х моль О₂ и у моль О₃. Соотношение между х и у можно найти через среднюю молярную массу:

; = 34 (г/моль).

Из полученного выражения находим х = 7у.

Таким образом, соотношение количеств кислорода и озона в смеси:

(О₂) = 7 ∙ (О₃).

По закону Авогадро объемы газов прямо пропорциональны их количествам, поэтому объемная доля газа в смеси всегда равна его мольной доле:

(О₂) = =;

(О₂) = = 0,875 (или 87,5%).

Найдем массовую долю кислорода в смеси:

m(O₂) = (О₂) ∙ M(O₂); m(O₂) = 32х = 32 ∙ 7у = 224у;

m(O₃) = (О₃) ∙ M(O₃); m(O₃) = 48у.

(О₂) = ;(О₂) = = 0,824 (или 82,4%).