Номер 1, страница 70 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Каким закономерностям подчиняется поведение газообразных веществ в химических реакциях? Поясните на конкретных примерах.

1. Поведение газообразных веществ в химических реакциях подчиняется двум основным закономерностям: закону Авогадро и закону объемных отношений Гей-Люссака, который является прямым следствием закона Авогадро.

Закон Авогадро гласит, что в равных объемах любых газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одинаковое число молекул. Из этого закона вытекают важные следствия для химических расчетов:

1. Следствие 1: Молярный объем. Один моль любого газа при нормальных условиях (н.у.: температура 0°C, давление 101,3 кПа) занимает объем 22,4 литра. Эта величина называется молярным объемом газа: $V_m = 22,4$ л/моль. Это позволяет легко переходить от количества вещества (в молях) к объему газа и обратно по формуле $V = \nu \cdot V_m$, где $\nu$ - количество вещества.

2. Следствие 2: Соотношение объемов и молей. Поскольку объем газа прямо пропорционален количеству молекул (и молей) при постоянных температуре и давлении, отношение объемов реагирующих или образующихся газов равно отношению их количеств вещества (молей): $V_1 / V_2 = \nu_1 / \nu_2$.

Закон объемных отношений Гей-Люссака формулируется так: объемы газов, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции, относятся друг к другу как простые целые числа. Эти числа соответствуют стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Рассмотрим эти закономерности на конкретных примерах.

Пример 1: Синтез аммиака (процесс Габера)

Уравнение реакции синтеза аммиака из азота и водорода:

$N_2(г) + 3H_2(г) \rightarrow 2NH_3(г)$

Коэффициенты в уравнении показывают, что 1 моль азота реагирует с 3 молями водорода, образуя 2 моля аммиака. Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях (T и P) соотношение объемов будет таким же, как и соотношение молей:

$V(N_2) : V(H_2) : V(NH_3) = 1 : 3 : 2$

Это означает, что 1 литр азота прореагирует с 3 литрами водорода, и в результате образуется 2 литра аммиака. Если в реакцию вступает 10 м³ азота, то для полной реакции потребуется 30 м³ водорода, и получится 20 м³ аммиака (при условии, что все объемы измеряются при одинаковых температуре и давлении).

Пример 2: Горение метана

Уравнение реакции полного сгорания метана в кислороде:

$CH_4(г) + 2O_2(г) \rightarrow CO_2(г) + 2H_2O(г)$

В этой реакции все реагенты и продукты (при достаточно высокой температуре) являются газами. Стехиометрические коэффициенты равны 1, 2, 1, 2. Следовательно, соотношение их объемов будет таким же:

$V(CH_4) : V(O_2) : V(CO_2) : V(H_2O) = 1 : 2 : 1 : 2$

Например, для сжигания 5 литров метана потребуется $5 \cdot 2 = 10$ литров кислорода. В результате реакции образуется 5 литров углекислого газа и $5 \cdot 2 = 10$ литров водяного пара. Это знание широко используется в расчетах, связанных с тепловой энергией, выделяемой при сжигании природного газа, основным компонентом которого является метан.

Таким образом, эти законы позволяют проводить стехиометрические расчеты для реакций с участием газов, оперируя непосредственно их объемами, что значительно упрощает вычисления.

Ответ: Поведение газообразных веществ в химических реакциях подчиняется закону Авогадро и следующему из него закону объемных отношений Гей-Люссака. Согласно этим законам, при постоянных температуре и давлении отношение объемов реагирующих и образующихся газов равно отношению их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Например, в реакции синтеза аммиака $N_2(г) + 3H_2(г) \rightarrow 2NH_3(г)$, 1 объем азота реагирует с 3 объемами водорода с образованием 2 объемов аммиака.