Номер 3, страница 85 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 19. Молярный объём газов. Глава 2. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии - номер 3, страница 85.

3. Какую информацию несёт формула газообразного вещества?

Химическая формула газообразного вещества предоставляет как общую для всех веществ информацию о составе, так и специфическую, связанную с его агрегатным состоянием. Рассмотрим всю полноту информации на примере углекислого газа, формула которого $CO_2$.

Качественный и количественный состав

Во-первых, формула информирует о качественном составе, то есть показывает, из атомов каких химических элементов состоит вещество. Например, формула $CO_2$ говорит о том, что вещество состоит из атомов углерода (C) и кислорода (O).

Во-вторых, формула отражает количественный состав. Индексы в формуле указывают на соотношение атомов элементов в одной молекуле вещества. В молекуле $CO_2$ на один атом углерода (индекс 1, который обычно не пишется) приходится два атома кислорода (индекс 2). Отсюда следует мольное соотношение элементов $n(C) : n(O) = 1 : 2$.

Расчетные величины на основе состава

На основе формулы можно рассчитать ключевые характеристики вещества:

Относительная молекулярная масса ($M_r$). Это безразмерная величина, равная сумме относительных атомных масс всех атомов в молекуле. Для $CO_2$:
$M_r(CO_2) = A_r(C) + 2 \cdot A_r(O) \approx 12 + 2 \cdot 16 = 44$.

Молярная масса ($M$). Это масса одного моля вещества. Численно она равна относительной молекулярной массе, но имеет размерность г/моль. Для $CO_2$:
$M(CO_2) \approx 44 \text{ г/моль}$. Это значит, что $6.022 \cdot 10^{23}$ молекул $CO_2$ (1 моль) имеют массу 44 г.

Массовые доли элементов ($\omega$). Зная состав, можно найти процентное содержание каждого элемента по массе. Формула для расчета: $\omega(\text{Э}) = \frac{n \cdot A_r(\text{Э})}{M_r(\text{вещества})} \cdot 100\%$.
Для $CO_2$: $\omega(C) = \frac{12}{44} \cdot 100\% \approx 27.3\%$, а $\omega(O) = \frac{2 \cdot 16}{44} \cdot 100\% \approx 72.7\%$.

Специфическая информация для газов

Так как вещество является газом, его формула, в сочетании с законом Авогадро, дает дополнительную информацию:

Молярный объем ($V_m$). Один моль любого идеального газа при нормальных условиях (н.у.: температура 0 °C, давление 101.325 кПа) занимает объем, равный молярному объему, $V_m \approx 22.4 \text{ л/моль}$. Следовательно, 44 г $CO_2$ при н.у. займут объем 22.4 л. Это позволяет связать массу ($m$), количество вещества ($n$) и объем ($V$) газа простой формулой: $V = n \cdot V_m = \frac{m}{M} \cdot V_m$.

Относительная плотность ($D$). Формула позволяет рассчитать, во сколько раз один газ тяжелее другого (при одинаковых условиях). Плотность вычисляется как отношение молярных масс.
- Относительная плотность по водороду ($H_2$): $D_{H_2} = \frac{M(\text{газ})}{M(H_2)} = \frac{M(\text{газ})}{2}$. Для $CO_2$: $D_{H_2}(CO_2) = \frac{44}{2} = 22$.
- Относительная плотность по воздуху (средняя $M_{\text{воздух}} \approx 29 \text{ г/моль}$): $D_{\text{воздух}} = \frac{M(\text{газ})}{M_{\text{воздух}}}$. Для $CO_2$: $D_{\text{воздух}}(CO_2) = \frac{44}{29} \approx 1.52$. Это значит, что $CO_2$ в 1.52 раза тяжелее воздуха.

Ответ: Формула газообразного вещества информирует о его качественном (из каких элементов состоит) и количественном (соотношение атомов) составе. Она позволяет рассчитать относительную молекулярную и молярную массы, а также массовые доли элементов. Для газов формула, в сочетании с законом Авогадро, также позволяет определить объем, занимаемый веществом при нормальных условиях (через молярный объем $V_m \approx 22.4 \text{ л/моль}$), и вычислить его относительную плотность по другим газам (например, по водороду или воздуху), чтобы сравнить их массы.