Условие
Какой объём занимают три моля кислорода при нормальных условиях? Какой объём кислорода потребуется, чтобы сжечь четыре литра водорода? Молярный объём любого газа при нормальных условиях прими равным 22,4 л/моль.
Что известно и что ищем
- Известно количество вещества в первом вопросе и объём газа во втором.
- Известно, что у газов удобнее считать не массу, а объём, и что один моль любого газа при нормальных условиях занимает одинаковый объём.
- Ищем переход: количество вещества в объём и объём одного газа в объём другого по уравнению.
Ход решения
- Шаг 1. Отвечаем на первый вопрос. Количество вещества умножаем на молярный объём: три моля по 22,4 литра на моль дают 67,2 литра. Это объём, который занял бы газ в баллоне при нормальных условиях.
- Шаг 2. Переходим ко второму вопросу и сначала записываем уравнение. Водород горит в кислороде с образованием воды: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Коэффициенты показывают, что на каждые две частицы водорода нужна одна частица кислорода.
- Шаг 3. Замечаем главное удобство газовых расчётов. Для газов при одинаковых условиях объёмы относятся так же, как количества вещества, поэтому коэффициенты уравнения можно читать как объёмы: на два литра водорода нужен один литр кислорода. Отдельно переводить литры в моли здесь не нужно.
- Шаг 4. Считаем по пропорции. Водорода четыре литра, то есть в два раза больше, чем два литра по уравнению. Значит, и кислорода нужно в два раза больше, чем один литр, — два литра.
- Шаг 5. Проверяем результат через моли, чтобы убедиться, что приём не случайный. Четыре литра водорода — это примерно 0,18 моль; по уравнению кислорода нужно вдвое меньше по количеству вещества, и тот же объём получается при умножении на молярный объём.
- Шаг 6. Формулируем вывод. Массы веществ по уравнению относятся как коэффициенты, умноженные на молярные массы, а объёмы газов — просто как коэффициенты. Именно поэтому у газов расчёт по уравнению короче, а ошибка чаще всего одна: забыть, что объёмное отношение работает только при одинаковых условиях.
Проверь себя
- Ответ: три моля кислорода занимают 67,2 литра; на сжигание четырёх литров водорода нужно два литра кислорода.
- Проверка вывода: сравните ответ с данными. Кислорода должно быть меньше, чем водорода, потому что в уравнении перед кислородом стоит единица, а перед водородом двойка. Если в ответе получилось наоборот, коэффициенты прочитаны неверно.
- Ловушка: переводить литры в моли через молярный объём и тут же делить на молярную массу. Молярный объём нужен только для газов, а молярная масса — для любых веществ. Смешав эти два «переводчика», легко получить бессмысленный ответ.
Как объяснить ребёнку
«Газы можно считать коробками: в каждой коробке одинаковое число частиц и одинаковый объём — 22,4 литра. Поэтому коэффициенты в уравнении работают как объёмы: две коробки водорода дают реакцию с одной коробкой кислорода. Взяли четыре литра водорода — это две коробки, значит нужна одна коробка кислорода, то есть два литра».
Тема для отчёта родителю
«Молярный объём газов: расчёты объёмов по уравнению реакции».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.