Вопросы и задания, страница 97 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

Объясните, в чём заключается отличие в проведении расчётов по уравнениям химических реакций, в которых принимают участие твёрдые и жидкие вещества, от проведения расчётов по уравнениям реакций с участием газов. Чем объясняется это отличие?

Основное отличие в проведении расчётов по уравнениям химических реакций с участием твёрдых/жидких веществ и с участием газов заключается в способе определения количества вещества (измеряемого в молях), которое является ключевой величиной для стехиометрических вычислений. Для твёрдых и жидких веществ удобнее использовать массу, а для газов — объём.

Расчёты с участием твёрдых и жидких веществ

Для твёрдых и жидких веществ количество вещества ($n$) чаще всего находят через их массу ($m$) и молярную массу ($M$). Объёмы жидкостей и твёрдых тел мало зависят от температуры и давления, поэтому масса является более универсальной и прямой характеристикой количества вещества.

Расчёт проводится по формуле: $n = \frac{m}{M}$

Алгоритм расчёта обычно такой:
1. Найти количество вещества (моль) исходного реагента, зная его массу.
2. По уравнению реакции определить количество вещества продукта, используя стехиометрические коэффициенты.
3. Найти массу или объём (через плотность) продукта.

Расчёты с участием газов

Для газообразных веществ, помимо массы, очень удобно использовать объём ($V$), поскольку объёмы всех газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) напрямую связаны с количеством вещества. Это следует из закона Авогадро.

При нормальных условиях (н.у.: температура 0 °C или 273 K, давление 1 атм или 101,3 кПа) 1 моль любого газа занимает объём, равный молярному объёму ($V_m$), который составляет 22,4 л/моль.

Расчёт количества вещества проводится по формуле: $n = \frac{V}{V_m}$

Если условия отличаются от нормальных, количество вещества можно найти с помощью уравнения состояния идеального газа (уравнения Менделеева-Клапейрона): $PV = nRT$
где $P$ — давление, $V$ — объём, $n$ — количество вещества, $R$ — универсальная газовая постоянная, $T$ — абсолютная температура.

Кроме того, согласно закону объёмных отношений Гей-Люссака, объёмы вступающих в реакцию и образующихся в ней газов относятся друг к другу как небольшие целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам. Это значительно упрощает расчёты, позволяя оперировать непосредственно объёмами газов, минуя расчёт молей. Например, в реакции $N_2(г) + 3H_2(г) \rightarrow 2NH_3(г)$ из 1 литра азота и 3 литров водорода образуется 2 литра аммиака (при одинаковых условиях).

Чем объясняется это отличие?

Это различие в подходах к расчётам объясняется фундаментальными различиями в физических свойствах веществ в разных агрегатных состояниях.

Твёрдые и жидкие вещества (конденсированные фазы) имеют высокую плотность и малую сжимаемость. Их объём практически не зависит от давления и незначительно изменяется с температурой. Поэтому для них масса является стабильной и удобной мерой количества вещества.

Газы, напротив, имеют низкую плотность и высокую сжимаемость. Они не имеют собственного объёма и занимают весь предоставленный им объём. Однако их объём сильно и, что важно, предсказуемо зависит от температуры и давления. Эта зависимость, описываемая газовыми законами, позволяет использовать объём как удобную меру количества вещества для всех газов при заданных условиях.

Ответ: Отличие заключается в том, что при расчётах для твёрдых и жидких веществ количество вещества ($n$) обычно определяют через массу ($n = m/M$), в то время как для газов его удобнее находить через объём ($n = V/V_m$ при н.у. или через $PV=nRT$ при других условиях). Это объясняется физическими свойствами агрегатных состояний: объём твёрдых тел и жидкостей почти постоянен, а объём газов сильно, но предсказуемо, зависит от температуры и давления, что позволяет напрямую связывать объём газа с количеством его молей согласно закону Авогадро и закону объёмных отношений.