Номер 3, страница 41 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

3. Используя справочную литературу, выясните объём, который на самом деле занимают при н. у. 1 моль аммиака, хлороводорода, кислорода. Объясните, почему полученные значения отклоняются от принятых.

Дано:

Вещества: аммиак ($NH_3$), хлороводород ($HCl$), кислород ($O_2$)

Количество вещества: $ν = 1 \text{ моль}$

Условия: нормальные условия (н. у.)

Давление: $P = 1 \text{ атм} = 101325 \text{ Па}$

Температура: $T = 0 \text{ °C} = 273,15 \text{ К}$

Найти:

1. Реальный объём ($V$), который занимает 1 моль каждого газа при н. у.

2. Объяснить, почему полученные значения отличаются от принятых.

Решение:

Принятое в школьном курсе химии значение молярного объёма газа при нормальных условиях составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$. Это значение является следствием закона Авогадро и относится к идеальному газу. Идеальный газ — это теоретическая модель, в которой предполагается, что:

1. молекулы газа являются материальными точками, то есть не имеют собственного объёма;
2. между молекулами отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия (притяжения и отталкивания).

Реальные газы, в отличие от идеального, состоят из молекул, обладающих собственным объёмом и взаимодействующих друг с другом. Поэтому их поведение лишь приблизительно описывается законами для идеальных газов. Отклонение от идеальности особенно заметно при низких температурах и высоких давлениях, к которым относятся и нормальные условия.

Обратимся к справочным данным для нахождения реальных молярных объёмов указанных газов при н. у. (0 °C и 1 атм).

1. Нахождение реальных объёмов

Согласно справочным данным, молярные объёмы реальных газов при н. у. составляют:

• Для кислорода ($O_2$): $V_m = 22,39 \text{ л/моль}$
• Для хлороводорода ($HCl$): $V_m = 22,25 \text{ л/моль}$
• Для аммиака ($NH_3$): $V_m = 22,09 \text{ л/моль}$

2. Объяснение отклонений

Все полученные значения меньше, чем объём идеального газа ($22,4 \text{ л/моль}$). Это связано с тем, что при нормальных условиях преобладающим фактором, вызывающим отклонение от идеальности, являются силы межмолекулярного притяжения. Эти силы "стягивают" молекулы газа, заставляя их занимать меньший объём, чем тот, который они занимали бы в отсутствие взаимодействия.

Разница в величине отклонения для каждого газа объясняется различной природой и силой межмолекулярного взаимодействия:

• Кислород ($O_2$): Молекула кислорода неполярна. Между молекулами действуют только слабые силы Ван-дер-Ваальса (лондоновские дисперсионные силы). Поэтому кислород по своему поведению наиболее близок к идеальному газу, и его молярный объём ($22,39$ л/моль) отклоняется от идеального значения ($22,4$ л/моль) незначительно.
• Хлороводород ($HCl$): Молекула хлороводорода полярна из-за разницы в электроотрицательности водорода и хлора. Между молекулами $HCl$ существуют более сильные диполь-дипольные взаимодействия в дополнение к дисперсионным силам. Это приводит к большему притяжению между молекулами и, как следствие, к более заметному уменьшению объёма ($22,25$ л/моль) по сравнению с кислородом.
• Аммиак ($NH_3$): Молекула аммиака не только полярна, но и способна образовывать водородные связи — самый сильный тип межмолекулярных взаимодействий. Сильное притяжение между молекулами $NH_3$ вызывает наибольшее сжатие газа, поэтому аммиак демонстрирует самое значительное отклонение от идеального поведения, и его молярный объём ($22,09$ л/моль) является наименьшим среди рассмотренных газов.

Таким образом, чем сильнее межмолекулярное взаимодействие в газе, тем больше его поведение отклоняется от идеального и тем меньше его реальный молярный объём при нормальных условиях.

Ответ: Реальные объёмы, которые занимают 1 моль газов при н. у., составляют: для кислорода ($O_2$) — $22,39$ л, для хлороводорода ($HCl$) — $22,25$ л, для аммиака ($NH_3$) — $22,09$ л. Эти значения отличаются от принятого значения для идеального газа ($22,4$ л/моль), так как реальные газы состоят из молекул, имеющих собственный объём и взаимодействующих между собой. При нормальных условиях преобладают силы межмолекулярного притяжения, которые заставляют газ занимать меньший объём. Степень отклонения зависит от силы этих взаимодействий: она минимальна для неполярного кислорода, больше для полярного хлороводорода и максимальна для аммиака, молекулы которого образуют прочные водородные связи.