как узнать газ в химии

Как составлять уравнения химических реакций

Учимся различать виды химических реакций и составлять их уравнения.

Что такое химические уравнения

Когда химические вещества вступают во взаимодействие, химические связи между их атомами разрушаются и образуются новые, уже в других сочетаниях. В результате одни вещества превращаются в другие.

Рассмотрим реакцию горения метана, происходящую в конфорке газовой плиты:

Молекула метана (CH₄) и две молекулы кислорода (2O₂) вступают в реакцию, образуя молекулу углекислого газа (CO₂) и две молекулы воды (2H₂O). Связи между атомами углерода (С) и водорода (H) в метане, а также между атомами кислорода (O) разрываются, и образуются новые связи между атомами углерода и кислорода в молекуле углекислого газа (CO₂) и между атомами водорода и кислорода в молекуле воды (H₂O).

Картинка даёт наглядное представление о том, что произошло в ходе реакции. Но зарисовывать сложные химические процессы такими схемами неудобно. Вместо этого учёные используют уравнения химических реакций.

Химическое уравнение — это условная запись химической реакции с помощью формул и символов.

Их записывают в виде схемы, в которой отражён процесс превращения. В левой части располагаются формулы реагентов — веществ, вступающих в реакцию. Завершается уравнение продуктами реакции — веществом или веществами, которые получились в результате.

Новые вещества образуются потому, что изменяются связи между атомами, но сами атомы не возникают из ниоткуда и не исчезают в никуда. На рисунке видно, что атом углерода из состава метана перешёл в состав углекислого газа, атом водорода — в состав воды, а атомы кислорода распределились между молекулами углекислого газа и воды. Число атомов не изменилось.

Согласно закону сохранения массы, общая масса реагентов всегда равна общей массе продуктов реакции. Именно поэтому запись химической реакции называют уравнением.

Виды химических реакций

Вещества вступают в реакции по-разному, можно выделить четыре наиболее частых варианта:

Сложное вещество негашёная известь соединяется с водой, и образуется новое сложное вещество — гашёная известь:

Стрелка вверх означает, что образовался газ. Он улетучивается и больше не участвует в реакции.

В примере атомы цинка замещают атомы водорода в составе хлороводорода, и образуется хлорид цинка:

Стрелка вниз означает, что вещество выпало в осадок, поскольку оно нерастворимо.

Коэффициенты в уравнениях химических реакций

Чтобы составить уравнение химической реакции, важно правильно подобрать коэффициенты перед формулами веществ.

Коэффициент в химических уравнениях означает число молекул (формульных единиц) вещества, необходимое для реакции. Он обозначается числом перед формулой (например, 2NaCl в последнем примере).

Коэффициент не следует путать с индексом (числом под символом химического элемента, например, О₂). Индекс обозначает количество атомов этого элемента в молекуле (формульной единице).

Чтобы узнать общее число атомов элемента в формуле, нужно умножить его индекс на коэффициент вещества. В примере на картинке (2H₂O) — четыре атома водорода и два кислорода.

Подобрать коэффициент — значит определить, сколько молекул данного вещества должно участвовать в реакции, чтобы она произошла. Далее мы расскажем, как это сделать.

Алгоритм составления уравнений химических реакций

Для начала составим схему химической реакции. Например, образование оксида магния (MgO) в процессе горения магния (Mg) в кислороде (O₂). Обозначим реагенты и продукт реакции:

Чтобы схема стала уравнением, нужно расставить коэффициенты. В левой части схемы два атома кислорода, а в правой — один. Уравняем их, увеличив число молекул продукта:

Теперь число атомов кислорода до и после реакции одинаковое, а число атомов магния — нет. Чтобы уравнять их, добавим ещё одну молекулу магния. Когда количество атомов каждого из химических элементов в составе веществ уравнено, вместо стрелки можно ставить равно:

Уравнение химической реакции составлено.

Рассмотрим реакцию разложения. Нитрат калия (KNO₃) разлагается на нитрит калия (KNO₂) и кислород (О₂):

В обеих частях схемы по одному атому калия и азота, а атомов кислорода до реакции 3, а после — 4. Необходимо их уравнять.

Для начала удвоим коэффициент перед реагентом:

Теперь в левой части схемы шесть атомов кислорода, два атома калия и два атома азота. В левой по-прежнему по одному атому калия и азота и четыре атома кислорода. Чтобы уравнять их, в правой части схемы нужно удвоить коэффициент перед нитритом калия.

Снова посчитаем число атомов каждого химического элемента в составе веществ до и после реакции: два атома калия, два атома азота и шесть атомов кислорода. Равенство достигнуто.

Химические уравнения не только позволяют предсказать, что произойдёт при взаимодействии тех или иных веществ, но и помогают рассчитать их количественное соотношение, необходимое для реакции.

Источник

Газообразные вещества

Получение

Существуют вещества, которые при нормальных условиях сохраняются в газообразном агрегатном состоянии. Их можно разделить на две группы:

Газы выделяют из атмосферы или природного газа путём окисления и адсорбции примесей.

Образованию газообразного состояния веществ способствует изменение нормальных условий. Жидкие или твёрдые вещества нагревают, тем самым разрушая химические связи и высвобождая отдельные молекулы в воздух. Например, жидкая вода при нагревании легко превращается в водяной пар, а твёрдый йод выделяет фиолетовые пары.

Рис. 1. Фиолетовые пары йода.

В лабораториях газ получают путём разложения (сжигания) сложных веществ или реакцией жидких и твёрдых соединений. Способы получения некоторых газов:

Рис. 2. Получение кислорода.

Полученный газ обнаруживают разными способами. Например, пропускают через жидкость и наблюдают за изменением цвета, прозрачности (известковое молочко мутнеет в присутствии углекислого газа). Некоторые газы поддерживают горение или, наоборот, тушат тлеющую лучину.

Физические свойства

Молекулы газообразного вещества постоянно движутся, а расстояние между ними значительно превышает их диаметр. Благодаря такому расположению частиц газы не имеют формы, легко смешиваются и сжимаются.

Газообразные соединения приобретают форму сосуда, в котором находятся. Ударяясь о стенки сосуда с определённой скоростью, газы создают давление. Чем интенсивнее молекулы воздействуют на сосуд, тем выше давление.

Различные газообразные соединения смешиваются между собой в любых пропорциях. Природный газ – это смесь метана, водорода, сероводорода, углекислого газа, азота, гелия. Атмосфера состоит из смесей простых и сложных газообразных веществ – азота, кислорода, водорода, углекислого газа, водяного пара.

Рис. 3. Соотношение газов в атмосфере.

При сжатии объём газов становится значительно меньше. Например, объём кислорода уменьшается в 200 раз.

Описание некоторых газообразных веществ представлено в таблице.

Формула

Физические свойства

Нахождение в природе

В земной коре – 1 %, незначительное количество в атмосфере. Большая часть водорода присутствует в виде соединений

47 % земной коры состоит из кислорода. Моря и пресные водоёмы содержат 85 % кислорода. В атмосфере – 20 %

В атмосфере – 78 %. Один из наиболее распространённых элементов, найденных за пределами Земли. Входит в состав белков

Наиболее распространённый галоген. В природе встречается только в составе минералов

В атмосфере содержится меньше 1 %

Бесцветный газ с резким запахом. В два раза тяжелее воздуха. Хорошо растворяется в воде

Образуется путём разложения азотсодержащих веществ

За счёт свободного движения молекул газ равномерно распространяется в ограниченном пространстве. Такое явление называется диффузией. Яркий пример диффузии – распространение запахов. При приготовлении пищи на кухне запах постепенно распространяется по всей квартире.

Что мы узнали?

Газ – вещество, состоящее из хаотично движущихся частиц – молекул или атомов. Газообразные соединения можно получить выделением из атмосферы путём адсорбции и окисления. Также газ получают из жидких и твёрдых веществ путём изменения условий или взаимодействием простых и сложных веществ. Газы не имеют формы, легко смешиваются между собой и равномерно распределяются в закрытом пространстве. Наиболее распространённый газ в атмосфере – азот. Самый лёгкий газ.

Источник

Грамм молекула газа

Что такое грамм молекула газа

Грамм молекула любого вещества в твердом, жидком или газообразном состоянии представляет собой некоторое количество вещества, занимающее в пространстве определенный объем. Другими словами, грамм-молекула имеет не только вес, но и объем. Этот объем довольно легко рассчитать, пользуясь для этого формулой

где Р — вес, в данном случае вес грамм-молекулы (М), V— объем грамм-молекулы, а а d- удельный вес, или плотность. Для твердых тел мы выражаем объем в граммах на 1 см3, а для газообразных — в граммах на 1 л. Исходя из этой формулы, нетрудно определить объем грамм-молекулы: V = M : d ; М — легко-узнать, подсчитав молекулярный вес вещества, ad — воспользовавшись таблицей плотностей. Будем рассматривать объем при нормальных условиях (температура 0° и давление 760 мм рт. ст.).
Из табл. 1 видно, что грамм-молекула каждого из перечисленных веществ занимает различный объем, так как размер молекул каждого вещества неодинаков, а число молекул в грамм-молекуле одно и то же.
Из приведенных в табл. 2 данных видно, что грамм-молекулярные объемы газов равны между собой: грамм-молекула любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л.

• Запишите эту цифру в тетрадь и хорошо запомните.
Чем же это объясняется? Оказывается, у газов промежутки между молекулами настолько велики, что величина молекул по сравнению с этими расстояниями ничтожна, и мы ею можем пренебречь. Таким образом, измеряя объем, мы фактически измеряем объем суммы промежутков между молекулами.

Таблица 1. Грамм-молекулярные объемы и плотность жидкостей и твердых веществ

Грамм-молекулярные объемы и плотность жидкостей и твердых веществ

Таблица 2. Грамм-молекулярные объемы и плотность газов

Что касается расстояния между молекулами, то оно зависит только от условий (температуры и давления) и совершенно не зависит от природы газа и размеров его молекул, поэтому при одинаковых условиях мы получаем одинаковые объемы.
Отсюда напрашивается следующий вывод: при одинаковых условиях грамм-молекулы любых газов занимают равные объемы.

• Запишите этот вывод в тетрадь.

Полученные результаты логически подводят нас к следующему: так как в грамм-молекуле любого вещества содержится одинаковое число молекул,а грамм-молекулы газов занимают одинаковые объемы при одних и тех же условиях, можно сделать следующий вывод: в равных объемах газов при одинаковых условиях содержится одно и то же число молекул. Этот вывод был сделан в 1811 г. итальянским химиком Авогадро и поэтому получил название закона Авогадро.

• Запишите формулировку закона в тетрадь.

■ 1. Как вычислить объем грамм-молекулы твердого вещества для жидкости? (См. Ответ)
2. Почему объемы грамм-молекул жидкостей и твердых тел различны?
3. Что такое «нормальные условия»?
4. Почему объемы грамм-молекул газов при одинаковых условиях равны?
5. Чему равен объем грамм-молекулы любого газа при нормальных условиях?
6. Как формулируется закон Авогадро? (См. Ответ)

Расчеты по химическим формулам с использованием объема грамм-молекулы газа

Зная, что объемы грамм-молекул газов при одинаковых условиях равны, легко высчитать объем любого количества газа, что иногда гораздо важнее, чем знание его веса.

Источник

Газообразные вещества и их характеристика

Газообразные вещества – вещества со слабыми связями между частицами. Главные свойства газов – это подвижность и хаотичное движение частиц, направление которых меняется при столкновении. Газ – одно из 4 агрегатных состояний веществ, которые на сегодняшний день известны науке.

Четыре агрегатных состояния вещества

Газообразное состояние вещества – одно из трех «классических». Помимо него, выделяются также твердые и жидкие вещества. В последнее время в учебниках встречается определение и четвертого агрегатного состояния – плазмы. Это ионизированные (частично или полностью) газы. Четвертый тип агрегатного состояния был выявлен при изучении космоса, и, оказывается, он встречается во Вселенной чаще всего. Плазма – это составная часть многих планет, основа звезд, туманностей, высших слоев атмосферы Земли.
Далее речь пойдет о газах. Они были открыты сравнительно недавно, позже жидких и твердых веществ, так как не поддавались изучению человеческим глазом. Развитие науки в сфере газообразных соединений началось с XVII века.

Краткая история открытия газов

Современное название газам дал Жан Баптист ван Гельмонт (1580-1644), голландский химик. В первые годы XVII века он экспериментальным путем впервые получил «мертвый воздух» (углекислый газ). С этого и началось изучение газообразных соединений. Слово «газ» Гельмонт выбрал для названия по аналогии с греческим словом «хаос», так как, по его словам, видел в полученном им «паре» сходство с «хаосом древних». Но некоторые ученые спорят, что принятое сейчас обозначение все же пошло от немецкого «gasen», что в переводе означает «кипеть».
Больше всего открытий ученые совершили позже, уже в XVIII-XIX веках. В 1802 г. французский исследователь Гей-Люссак открыл закон теплового расширения газов: при повышении температуры увеличивается объем газообразных веществ. Вдохновленный его примером, в 1811 итальянский химик Амедео Авогадро открыл закон, который позднее назвали его же именем. Закон звучит так: «число молекул всегда одно и то же в одинаковых объемах любых газов». Иными словами, в 1 моле любого газообразного вещества при одинаковых условиях (давление, температура) одно и то же число частиц. Это число – число Авогадро: 6,02 * 1023.
Помимо выделения общих законов, в тот же период ученые постепенно открывали отдельные газы:

На июль 2017 года открыто 826 газов, а в будущем, возможно, к газообразному агрегатному состоянию припишут еще 90 веществ. Многие открытые газы не природные, они получены в лабораторных условиях.

Свойства газообразных веществ

Выделяется целый ряд физических и химических свойств газов. Основные физические свойства:

Если же газ подвергнуть высоким температурам, сначала он станет разреженным. Увеличится скорость теплового движения частиц. При достижении определенного температурного показателя произойдет тепловая ионизация, вещество перейдет в следующее агрегатное состояние – плазму.
Некоторые газы не имеют цвета, другие же заметны человеческому глазу. Например, I2, йод. Это вещество получают путем сублимации кристаллов йода, и его клубы имеют ярко выраженный фиолетовый оттенок. Но большинство соединений все же бесцветные, прозрачные и легкие, поэтому долгое время их не могли открыть и изучить.

Классификация газов

Вещества в газообразном состоянии принято делить на несколько категорий. Классификацию часто просят отразить в конспектах во время школьных занятий. Рассмотрим самые распространенные ее типы.

Органические и не органические

Органическими газами являются те вещества, которые содержат углерод. Примеры:

Простые и сложные

Органические и не органические газы, в свою очередь, делятся на простые и сложные. Перечисленные выше органические соединения – сложные. В них содержатся разные атомы: ацетилен (C2H2) – 2 атома углерода и 2 атома водорода, этилен (С2Н4) – 2 атома углерода и 4 водорода. Если же газ получается из одного или нескольких атомов одного и того же элемента таблицы Менделеева, его называют простым.
Простые газы: кислород O2, азот O3, водород H2, хлор Cl2. Перечислять можно и дальше.

Газообразные вещества в химии

Газы в химии начинают изучать в 8 классе. Рассмотрим основные свойства, которые принято включать в учебники по предмету.
Атомы или молекулы газов соединяются между собой ковалентными связями. Они очень слабые и часто рвутся, именно поэтому вещества в газообразном агрегатном состоянии способны заполнять произвольные объемы и емкости разных форм. Бывают два вида строения решеток у газов:

На уроках химии газообразные вещества часто получают в лабораторных условиях. Для этого могут пользоваться разными методами: нагревать жидкость, твердые вещества, добиваться реакции между сложными соединениями. Некоторые формулы реакций:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 – водород.
NH4Cl + NaOH = NaCl + H2O + NH3 – аммиак
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2 – углекислый газ.
Так как многие газы прозрачны и не имеют запаха, используются дополнительные методы их обнаружения. Одни соединения усиливают пламя, другие останавливают горения. Ряд газообразных веществ может менять цвет взвешенной в воде извести, делать жидкость мутнее.

Примеры газов

В списке газов свыше 800 наименований. Стоит рассмотреть самые распространенные:

Все перечисленные газы входят в состав воздуха и образуют земную атмосферу. Но большая часть, 98-99%, приходится на азот и кислород.
Если имеется желание, познакомиться с газообразными веществами поближе всегда можно при помощи лабораторных экспериментов. Однако при работе с газами нужно соблюдать предельную осторожность.

Источник

Формула природного газа

Определение и формула природного газа

Так, например, газ Ставропольского месторождения содержит 97,7% метана и 2,3% прочих газов, газ Саратовского месторождения – 93,4% метана, 3,6% этана, пропана, бутана и 3% негорючих газов.

К природным газам относятся и так называемые попутные газ, которые обычно растворены в нефти и выделяются при её добыче. В попутных газах содержится меньше метана, но больше этана, пропана, бутана и других высших углеводородов. Кроме того, в них присутствуют в основном те же примеси, что и в других природных газах, не связанных с залежами нефти, а именно: сероводород, азот, благородные газы, пары воды, углекислый газ.

Поскольку в природном газе содержится более 90% метана, то рассмотрим формулу именно этого соединения.

Химическая формула природного газа

Химическая формула метана CH₄. Она показывает, что в состав данной молекулы входят один атом углерода (Ar = 12 а.е.м.) и четыре атома водорода (Ar = 1 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу метана:

Mr(CH₄) = 12 + 4×1 = 12 + 4 = 16

Графическая (структурная) формула природного газа

Структурная (графическая) формула метана является более наглядной. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы (рис. 1).

Рис. 1. Графическая формула метана.

Атом углерода в молекуле метана находится в sp 3 –гибридизации. Углы между связями в молекуле метана равны 109,5 0 (рис. 2).

Рис. 2. Пространственное изображение молекулы метана.

Электронная формула природного газа

Молекула метана в общем виде соответствует формуле AB₄. Центральный атом – атом углерода, атомы водорода – лиганды. Запишем электронную конфигурацию атома углерода в основном состоянии и зарисуем его электронно-графическую формулу:

Чтобы принять четыре атома водорода, атому углерода необходимо перейти в возбужденное состояние:

Аналогичные операции произведем для атома водорода:

Примеры решения задач

Задание	При сгорании 7 г органического вещества получили 11,2 л (н.у.) CO2 и 9 г H2O. Относительная плотность вещества по кислороду равна 1,313. Найдите молекулярную формулу вещества.
Решение	Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно:

Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.

Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):

M(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;

M(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль

m(C) = [11,2 / 22,4]×44 = 6 г;

Определим химическую формулу соединения как C_xH_y:

Значит простейшая формула соединения CH₂и молярную массу 14 г/моль [M(CH₂) = Ar(C) + 2×Ar(H)= 12 + 2×1 = 14 г/моль].

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по кислороду:

M_substance = 32 × 1,313 = 42 г/моль

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

M_substance / M(CH₂) = 42 / 14 = 3

Значит индексы атомов углерода и водорода должны быть в 3 раза выше, т.е. формула вещества будет иметь вид C₃H₆.

Задание	Найдите молекулярную формулу вещества, если плотность его паров по водороду равна 67,5, а состав выражается следующими массовыми долями элементов: 23,7% серы, 23,7% кислорода, 52,6% хлора.
Решение	Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%

Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (сера), «у» (хлор) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел):

x:y:z = ω(S)/Ar(S) : ω(Cl)/Ar(Cl) : ω(O)/Ar(O);

x:y:z= 23,7/32 : 52,6/35,5 : 23,7/16;

x:y:z= 0,74 : 1,48:1,48 = 1 : 2: 2

Значит простейшая формула соединения серы, хлора и кислорода будет иметь вид SCl₂O₂ и молярную массу 135г/моль[M(SCl₂O₂) = Ar(S) + 2×Ar(Cl) + 2×Ar(O) = 32 + 2×35,5 + 2×16 = 32 + 71 + 32 = 135г/моль].

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по водороду:

M_substance = 2 × 67,5 = 135 г/моль

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

Значит формула соединения серы, хлора и кислорода имеет вид SCl₂O₂.

Источник