§21. Відношення об’ємів газів у хімічних реакціях

На простому прикладі реакції сполучення водню й хлору навчимося обчислювати об’єми газів, що реагують. З рівняння реакції H₂ + Cl₂ = 2HCl видно, що одна молекула водню реагує з однією молекулою хлору й при цьому утворюється дві молекули гідроген хлориду. Відповідно до закону Авогадро однакова кількість молекул різних газів за однакових умов займають однаковий об’єм. Таким чином, об’єм хлору, що вступив у взаємодію, такий же, як й об’єм водню, а гідроген хлориду утвориться удвічі більше.

Узагальненням цих висновків є закон об’ємних відношень газів під час хімічних реакцій, який був відкритий французьким ученим Ж. Гей-Люссаком у 1808 році.

Об’єми газів, що вступають у реакцію та утворюються внаслідок реакції, відносяться як невеликі цілі числа.

V(H₂) : V(Cl₂) : V(HCl) = 1 : 1 : 2.

Пізніше з’ясувалося, що ці числа є відповідними коефіцієнтами в хімічних рівняннях:

Коефіцієнти у хімічному рівнянні перед формулами газуватих речовин дорівнюють об’ємам газів (вихідних речовин й продуктів реакції).

Оскільки це так, можна обчислювати об’єми газів, не вдаючись до розрахунків їхніх відносних молекулярних мас і молярних об’ємів.

Приклад 1.

Який об’єм кисню необхідний для спалювання метану (CH₄) об’ємом 3 м³?

Дано: V(CH₄) = 3 м³	Розв’язання: Спочатку складаємо рівняння реакції: CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O; V(CH₄) : V(O₂) = 1 : 2.
V(O₂) — ?

З рівняння реакції видно, що на спалювання одного об’єму метану необхідно затратити два об’єми кисню.

Обчислюємо об’єм кисню, необхідний для спалювання метану об’ємом 3 м³:

Міркуємо так: 1м³ метану прореагує з 2м³ кисню, а 3м³ метану прореагує з х м³ кисню.

Пропорція матиме вигляд:

Відповідь: для спалювання метану об’ємом 3м³ необхідно витратити кисень об’ємом 6м³.

Приклад 2.

Для синтезу амоніаку (NH₃) було взято 10 л азоту й 40 л водню. Які гази і в якому об’ємі залишаться після реакції?

Дано: V(N₂) = 10 л V(Н₂) = 40 л	Розв’язання: Складаємо рівняння реакції: V(N₂) : V(H₂) : V(NH₃) = 1 : 3 : 2. З рівняння реакції випливає, що на один об’єм азоту потрібно три об’єми водню, а на 10 л азоту — 30 л водню.
V(газів) — ?

Отже, 10 л водню (40 – 30 = 10) буде в надлишку.
2. Який об’єм амоніаку утвориться?

Відповідь: після реакції залишиться суміш газів, що містить 10 л водню й 20 л амоніаку.

Підсумок:

За однакових умов однакові об’єми різних газів містять однакову кількість молекул.
Об’єми газів, що вступають у реакцію та утворюються внаслідок реакції, відносяться як невеликі цілі числа.

?

Що означають коефіцієнти в рівняннях реакцій перед формулами газуватих речовин?
Як читається закон об’ємних відношень газів?
Який висновок випливає із закону Авогадро?

Завдання для самоконтролю

249. У якому об’ємному співвідношенні прореагують:
а) хлор і водень за рівнянням реакції H₂ + Cl₂ = 2HCl;
б) водень і кисень за рівнянням реакції 2H₂ + O₂ = 2H₂O;
в) азот і водень за рівнянням реакції N₂ + 3H₂ = 2NH₃?

250. За рівнянням реакції 2H₂ + O₂ = 2H₂O визначте об’єм кисню, який витратиться на спалювання водню об’ємом:
а) 5 л;
б) 70 л;
в) 3 м³;
г) 0,5 м³.

251. У реакцію вступило 8 л газу нітроген (II) оксиду і 6 л кисню. Продуктом реакції є нітроген (IV) оксид. Які гази залишаться після реакції? Визначте об’єми кожного з них.

252. В якому об’ємному співвідношенні слід змішати сульфур (IV) оксид й повітря, щоб кожного з реагентів було достатньо для перебігу реакції. Об’ємну частку кисню в повітрі прийняти за 21 %.

▲
●

253. Який об’єм кисню необхідний для спалювання 10 л водню?

254. Який об’єм водню можна спалити у кисні об’ємом 6 л?

●●

255. Який об’єм азоту прореагує з воднем, якщо утвориться амоніак (NH₃) об’ємом 89,6 л?

256. Який об’єм кисню необхідний для спалювання водню об’ємом 18 л?

257. Який об’єм вуглекислого газу виділиться під час спалювання вугілля у кисні об’ємом 12 л?

258. Який об’єм гідроген хлориду (HCl) утвориться під час взаємодії водню об’ємом 3 м³ і хлору об’ємом 2 м³?

●●●

259. На спалювання гідроген сульфіду H₂S витратили 30 л кисню. Який об’єм сульфур (IV) оксиду (SO₂) отримали в результаті?

260. Який об’єм сульфур (IV) оксиду прореагує з киснем, якщо в результаті реакції утвориться 0,6 л сульфур (VI) оксиду?

261. Обчисліть об’єм азоту й водню, необхідних для синтезу амоніаку об’ємом 30 м³?

262. Який об’єм кисню витратиться на окиснення нітроген (ІІ) оксиду об’ємом 15 л до нітроген (IV) оксиду?

●●●●

263. На спалювання метану витрачено 15 л кисню. Який об’єм метану спалено? Який об’єм вуглекислого газу при цьому утворився?

264. Спалили такі суміші газів:
а) 5 л O₂ і 7 л H₂;
б) 4 л N₂ і 10 л O₂;
в) 6 л СO і 4 л O₂;
г) 4 л NН₃ і 10 л O₂.
Які речовини й у якому об’ємі залишились після реакції?