Номер 2, страница 65 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

2. Как объяснить, почему при соединении литра кислорода с углеродом при том же давлении и температуре образуется 1 литр углекислого газа?

2. Это явление объясняется законом Авогадро и стехиометрией химической реакции горения углерода. Объяснение можно разбить на несколько шагов.

1. Уравнение химической реакции.

Полное сгорание твёрдого углерода (C) в газообразном кислороде ($O_2$) приводит к образованию газообразного углекислого газа ($CO_2$). Сбалансированное уравнение этой реакции выглядит так:

$C_{(тв)} + O_{2(г)} \rightarrow CO_{2(г)}$

Из этого уравнения следует, что 1 моль твёрдого углерода реагирует с 1 моль газообразного кислорода, образуя 1 моль газообразного углекислого газа. Ключевым моментом здесь является молярное соотношение газообразных участников реакции: на 1 моль прореагировавшего кислорода ($O_2$) приходится 1 моль образовавшегося углекислого газа ($CO_2$).

2. Закон Авогадро.

Закон Авогадро утверждает, что равные объёмы любых газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул (и, следовательно, одинаковое количество вещества в молях).

Из этого закона вытекает важное следствие для химических реакций, в которых участвуют газы (закон объёмных отношений Гей-Люссака): объёмы вступающих в реакцию и образующихся в ней газов (при одинаковых $P$ и $T$) относятся между собой как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

3. Сопоставление уравнения реакции и закона Авогадро.

В нашей реакции стехиометрические коэффициенты перед газообразным реагентом ($O_2$) и газообразным продуктом ($CO_2$) равны и составляют 1.

Соотношение их молей: $n(O_2) : n(CO_2) = 1:1$.

Согласно следствию из закона Авогадро, соотношение их объёмов будет таким же:

$V(O_2) : V(CO_2) = 1:1$

Это означает, что объём образовавшегося углекислого газа в точности равен объёму кислорода, вступившего в реакцию (при условии, что измерения проводятся при одинаковых температуре и давлении). Таким образом, если в реакцию вступает 1 литр кислорода, то и образуется 1 литр углекислого газа. Углерод, будучи твёрдым веществом, не является газом, поэтому его объём не учитывается в этом соотношении.

Ответ: Это объясняется тем, что согласно уравнению реакции $C + O_2 \rightarrow CO_2$, из одной молекулы (или 1 моль) газообразного кислорода образуется одна молекула (или 1 моль) газообразного углекислого газа. По закону Авогадро, при одинаковых давлении и температуре равные количества молей любого газа занимают одинаковый объём. Следовательно, объём кислорода, вступившего в реакцию, будет равен объёму образовавшегося углекислого газа, то есть из 1 литра $O_2$ получится 1 литр $CO_2$.