Как найти относительную плотность газов по воздуху

МБОУ «Новофедоровская школа-лицей
имени Героя Российской Федерации Т.А.Апакидзе»

Конспект урока химии

«Относительная плотность
газов.»

для 8 класса

Подготовила:

Гончарук Ирина Александровна

учитель биологии и химии

Тема урока: Относительная плотность газов

Цель урока: Научить
вычислять по химическим уравнениям объём газа (по известной массе или
количеству вещества),
массу или количество вещества (по известному
объёму газа)
одного из вступивших в реакцию или
получившихся в результате реакции веществ. Сформировать представления об
относительной плотности газов. Научить производить расчёты, используя понятие
«относительная плотность газов».

Тип урока	урок «открытия» нового знания
Предметные результаты	познакомиться с  понятием «относительная плотность газов» и научиться производить расчёты, используя эту величину, научиться производить расчёты относительной плотности газов, убедиться, что эти знания необходимы в нашей повседневной жизни и могут помочь сохранить жизнь и здоровье человеку. научиться рассчитывать по химическому уравнению массу, количество и объём вещества.
Личностные результаты	Формировать ответственное отношение к учению.
	Развивать умения ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности её решения.

Основные понятия:
Относительная плотность газов, плотность вещества, количество вещества, молярный
объём газов.

Ресурсы:
Учебник, раздаточный материал.

Содержание и технология урока

1.Организационный момент -1 минута.

Приветствие.
Проверка
готовности
учащихся
к
уроку.

2.Актуализация
опорных знаний — 12 минут

Проверка домашнего задания. К
доске 
вызывается
два ученика
для
выполнения
индивидуального
задания,
остальные
учащиеся
отвечают на вопросы
учителя по принципу поднятой руки или побуждение к ответу по выбору учителя. По
готовности, ученик у доски объясняет решение выполненной задачи из домашнего
задания с предыдущего урока.

Вопросы
для фронтального опроса:

—
Какими свойствами обладают газы по сравнению с твердыми веществами?

— Какие
предположения  и доказательства выдвинул А. Авогадро когда формулировал свой
закон? Сформулируйте закон Авогадро для газов.

— Что
означает величина молярный объём газа?

— Какой
объём занимает 1 моль любого газа при нормальных условиях.

—
Как доказать, что 1 моль любого газа занимает объём равный 22,4литра.

Задания
для учащихся у доски:

1. 
Вычислите массу кислорода, взятого объемом 400 л.  (571,4 г)

2.
Масса газа объемом 448 л составляет 88 г. Определите молярную массу этого газа.
(44г/моль)

3.Мотивация учебной деятельности.
— 3 минуты

Есть математическое обоснование понятия «относительная плотность
газов».

-Существуют
понятия масса и относительная атомная масса, чем они отличаются?

  
Ar  и  m_атома  ;   Mr    и      m_{молекулы} ?

Относительные
массы равны отношению фактической массы к 1/12 массы атома естественного
изотопа углерода С-12

— Вспомните из курса физики, что такое
плотность вещества?

Физическая величина равная отношению массы
тела к его объёму.

 

-Как можно определить плотность газа при
нормальных условиях?

В ходе урока мы «избавимся» от физической
величины – плотность и научимся использовать – относительную плотность газов
для количественных расчетов в химии.

4.Изучение нового
материала -10 минут.

Любые параметры предметов окружающего мира
можно сравнить относительно друг друга, если речь идет об одних и тех же
величинах: длину, ширину, объём, вес и Т.Д., используя выражение, «больше –
меньше»

Давайте представим, что у нас есть два
различных газа.

Согласно основной формуле

для газообразного вещества 1 справедливо ρ₁
 =  М₁ /
V_m  

для газообразного вещества 2 справедливо ρ₂ 
=  М₂ /
V_m .

 Значит, если газы будут «выяснять
отношения», то ρ_{1 /} ρ₂  =  М₁ / V_m  :   М₂
/ V_m

Молярный объём как величина одинаковая при равных условиях,
сократится, и мы получим ρ_{1 /} ρ₂  =  М₁ / М₂    

Для
того чтобы «избавиться» от отношения плотностей, ввели понятие «относительная
плотность газов», которое показывает во сколько раз один газ тяжелее или легче
другого.

 M₁          m₁

                                                            
D = —— = ——-

M₂           m₂

Отношение масс одинаковых объёмов различных газов при одинаковых
условиях равно отношению их молярных масс.

  D – как все
относительные величины не имеет единицы измерения.

 Например:

D_Не (О₂) = М(О₂) / М(Не) = 32г/моль / 4г/моль = 8 > 1 ,
значит азот тяжелее гелия

D _О2 (N₂) =
М(N₂) / М(О₂) = 28г/моль / 32г/моль = 0,875 < 1, значит азот легче кислорода

Есть стандартный, наиболее используемый
«набор» относительных плотностей —   относительная плотность газа по кислороду, водороду
и воздуху.

D_O2 (газа)= Mr(газа)/Mr(O₂)=Mr(газа)/32;

D_H2 (газа)=  Mr(газа)/Mr(H₂)=Mr(газа)/2;

D_{воздуха} (газа)= Mr(газа)/Mr(воздуха)=Mr(газа)/29

5.
Первичное закрепление знаний -5 минут.

 Расчеты с
использованием относительной плотности газов

Задача 1. Определите относительную плотность кислорода  по
гелию.

D_Не (О₂) = М(О₂) / М(Не) = 32 / 4
= 8 > 1, значит азот тяжелее гелия в 8 раз

Задача
2.

 Относительная
плотность газа по воздуху равна 2. Чему равна молярная масса этого газа?

D_{воздуха} (Х)
= М(Х) / М(воздуха) = М(Х) / 29; значит

М(Х) = D_{воздуха} (Х)
_* 29 = 2 _* 29 = 58 г/моль

6.Формирование
умений и навыков – 10 минут

Существуют
ситуации, когда ядовитые газообразные вещества образуются в бытовых ситуациях
или происходит их утечка из резервуаров хранилища при техногенных катастрофах. Например, хлор(Cl₂), аммиак (NH₃),
угарный газ (СО). Используя знания, полученные на этом уроке, определите
относительную плотность этих газов по воздуху и дайте обоснованные рекомендации
по поиску укрытия с целью предотвращения отравления ими населения.

Класс
делится на 3 группы по вариантам. Дети делают расчёты и выборочно по принципу
поднятой руки озвучивают результаты.

1
вариант

Хлор при обычных условиях — ядовитый газ желтовато-зелёного цвета, с
резким запахом и
сладковатым, «металлическим» вкусом.

D_{воздуха} (Cl₂) = М(Cl₂) / М(воздуха) = 71 / 29 = 2,45  > 1, значит хлор
тяжелее воздуха и он будет распространяться по низу, заполняя все пустоты
(впадины , подвалы и т.д.). Поэтому искать убежище необходимо, наверху здания,
например на чердаке.

2
Вариант

Аммиак (NH₃), при обычных условиях — бесцветный газ с резким
характерным запахом.

D_{воздуха} (NH₃) = М(NH₃) / М(воздуха) = 17 / 29 = 0,6 < 1, значит
аммиак легче воздуха и он будет распространяться по верху. Поэтому искать
убежище необходимо, в нижней части здания, например в подвале.

3
Вариант

Угарный  газ(CO)
— бесцветный чрезвычайно токсичный газ без вкуса и запаха.

D_{воздуха} (СО) = М(СО)
/ М(воздуха) = 28 / 29 = 0,97 < 1, значит угарный газ немного легче воздуха,
а с учётом повышенной температуры (пожар), будет собираться в верхней части
помещения.

Вывод:

1) При оповещении об утечке хлора прячемся …
(на чердаке).

2) При оповещении об утечке аммиака прячемся …
(в подвале).

Дополнительные
задания (на каждой парте распечатка) для тех кто справился раньше.

1)
Определить относительную плотность неона по воздуху. Он легче или тяжелее
воздуха?( на 3)

2) 
Определите относительную молекулярную массу газа, который  в 32 раз тяжелее
водорода. (на 4)

3)
Относительная плотность паров белого фосфора по водороду равна 62. Найдите
формулу белого фосфора.(на 5)

6.Итоги урока. Рефлексия — 3 минуты.

1.
Чему мы сегодня научились?  Понравился ли вам урок?

2.
Возникли ли у вас трудности при выполнении самостоятельной работы?

3.
Как вы считаете, можно ли использовать знания, полученные на уроке, в
повседневной жизни?

7. Домашнее задание – 1 минута.

Выучить параграф 38, задания 2, 3 стр 128.
Дополнительные задания размещаю на странице класса на Дневник.ру

1)
Определить относительную плотность углекислого газа (СО₂) по
воздуху. Он легче или тяжелее воздуха? (3)

2)
Определите относительную молекулярную массу газа, который  в 16 раз тяжелее
гелия.

(4
)

 3)
Относительная плотность паров серы по неону равна 12,8. Найдите формулу
простого вещества серы. (5)

Как вычислять относительную плотность вещества

Такая характеристика, как относительная плотность вещества, показывает, во сколько раз оно тяжелее или легче другого соединения. Этот параметр можно определять по отношению к любому газообразному веществу. В большинстве случаев проводятся расчеты относительно воздуха или водорода. Однако могут попадаться задания, в которых необходимо вычислить относительную плотность и по другим газам, таким как кислород, аммиак или сероводород. В любом случае принцип решения задания един.

Вам понадобится

• — периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева;
• — калькулятор.

Инструкция

Для того чтобы справиться с задачей, необходимо использовать формулы на определение относительной плотности:

D (воздух) = Mr (газа)/ Mr (воздуха), где:

D (воздух) – относительная плотность;
Mr (газа) – относительная молекулярная масса газообразного вещества;
Mr (воздуха) — относительная молекулярная масса воздуха.

Все три параметра единиц измерения не имеют.

Mr (воздуха) = 29 (величина постоянная), следовательно формула будет иметь вид:
D (воздух) = Mr (газа)/ 29.

По аналогии выглядит формула на определение относительной плотности по водороду, с тем исключением, что вместо воздуха стоит водород. А значит, и в расчет берется относительная молекулярная масса водорода.

D (водород) = Mr (газа)/ Mr (водорода);
D (водород) – относительная плотность;
Mr (газа) – относительная молекулярная масса газообразного вещества;
Mr (водорода) — относительная молекулярная масса водорода.

Mr (водорода) = 2, следовательно и формула будет иметь вид:
D (воздух) = Mr (газа)/ 2.

Пример № 1. Вычислите относительную плотность аммиака по воздуху. Аммиак имеет формулу NH3.

Сначала найдите относительную молекулярную массу аммиака, которую можно рассчитать по таблице Д.И. Менделеева.

Ar (N) = 14, Ar (H) = 3 х 1 = 3, отсюда
Mr (NH3) = 14 + 3 = 17

Подставьте полученные данные в формулу на определение относительной плотности по воздуху:
D (воздух) = Mr (аммиака)/ Mr (воздуха);
D (воздух) = Mr (аммиака)/ 29;
D (воздух) = 17/ 29 = 0, 59.

Пример № 2. Вычислите относительную плотность аммиака по водороду.

Подставьте данные в формулу на определение относительной плотности по водороду:
D (водород) = Mr (аммиака)/ Mr (водорода);
D (водород) = Mr (аммиака)/ 2;
D (водород) = 17/ 2 = 8, 5.

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Как вам известно, вещества могут находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Молекулы жидкости и твёрдого вещества располагаются близко друг к другу. Это возможно благодаря тому, что молекулы притягиваются друг к другу. То есть существуют силы, которые удерживают молекулы жидкости или твёрдого вещества вместе. Из курса химии 8-го класса вы знаете, что эти силы называются силами межмолекулярного взаимодействия. Молекулы газов находятся на значительно большем расстоянии друг от друга, чем в случае жидкостей и твёрдых веществ. На таком расстоянии молекулы практически не взаимодействуют друг с другом. Поэтому, чтобы превратить жидкость или твёрдое вещество в газ, необходимо преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия, отдалив молекулы друг от друга.

Переход в газообразное состояние осуществляется в результате нагревания веществ, находящихся в твёрдом или жидком состоянии (кипение жидкостей, возгонка твёрдых веществ).

Так как расстояние между молекулами газов значительно больше размеров самих молекул, то объём, который занимает газ, — это, по существу, объём свободного пространства между хаотически движущимися молекулами газа. Величина этого пространства определяется условиями, при которых находится газ, т. е. температурой и давлением. Эта величина примерно одинакова для всех газов. При этом объёмом, занимаемым самими молекулами, можно пренебречь. Отсюда следует закон Авогадро — в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Из закона Авогадро вытекают два основных следствия.

Первое следствие. Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объём. Этот объём называется молярным объёмом газа (V_m), и измеряется в дм³/моль. Молярный объём газа равен отношению объёма газа к его количеству:

.

Величина V_m зависит от температуры и давления. Например, при нагревании газы расширяются. Значит, при нагревании увеличивается молярный объём газа. В связи с этим сравнение характеристик различных газовых смесей необходимо осуществлять при одинаковых условиях — температуре и давлении. В качестве эталона таких условий приняты нормальные условия (н. у.): температура таяния льда (0 °С или 273,15 K) и атмосферное давление (101,3 кПа). При нормальных условиях V_m = 22,4 дм³/моль.

Таким образом, из закона Авогадро следует, что 22,4 дм³ любого газа при нормальных условиях содержат 6,02 ∙ 10²³ молекул.

Второе следствие. Плотности газов относятся между собой как молярные массы газов.

Это видно из следующих соображений. Пусть имеется две порции различных газов. Рассчитаем их плотности:

газ 1: ;

газ 2: .

Разделив плотность первого газа на плотность второго, получим: .

Отношение плотностей газов, равное отношению молярных масс, называется относительной плотностью одного газа по другому (D). D — величина безразмерная.

Зная D и молярную массу одного газа, легко найти молярную массу другого газа:

Пример 1. Относительная плотность газа по водороду равна 8. Определите молярную массу газа.

М(Х) = М(Н₂) ∙ D = 2 ∙ 8 = 16 г/моль.

Газ с такой молярной массой — метан СH₄.

Пример 2. Относительная плотность некоторого газообразного углеводорода по воздуху равна 2. Определите молярную массу углеводорода.

Средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль;

М(Х) = М(возд.) ∙ D = 29 ∙ 2 = 58 г/моль.

Углеводород с такой молярной массой — бутан С₄Н₁₀.

Следует отметить, что газы с молярной массой меньше 29 легче воздуха, больше 29 — тяжелее.

В расчётных задачах могут быть даны относительные плотности неизвестного газа по азоту, кислороду и другим газам. В этом случае для нахождения молярной массы неизвестного газа необходимо умножить относительную плотность на молярную массу соответственно азота (28 г/моль), кислорода (32 г/моль) и т. д.

Закон Авогадро широко применяется в химических расчётах. Поскольку для газов объёмы пропорциональны количествам (моль) веществ, то коэффициенты в уравнении реакции между газообразными веществами, отражающие количественное соотношение реагирующих веществ, пропорциональны объёмам взаимодействующих газов. Очевидно, что объёмы должны быть измерены при одинаковых условиях.

Пример 3. Какой объём кислорода потребуется для сжигания 2 дм³ пропана? Объёмы измерены при н. у.

Уравнение реакции горения пропана:

С₃Н₈ + 5О₂ 3СО₂ + 4Н₂О

Из закона Авогадро следует, что равные объёмы различных газов содержат одинаковое количество (моль) веществ. Пусть объём пропана равен 1 дм³. Тогда, согласно приведённому уравнению, для сжигания 1 дм³ пропана потребуется 5 дм³ кислорода. Следовательно, для сжигания 2 дм³ пропана потребуется:

1 дм³ С₃Н₈ — 5 дм³ O₂,

2 дм³ С₃Н₈ — 10 дм³ О₂

Ответ: V(О₂) = 10 дм³.

Смеси газов

Рассмотрим две колбы объёмом 0,5 дм³. Одна колба заполнена азотом, а другая метаном. Давление и температура в колбах одинаковые. Если смешать содержимое этих колб, то полученная смесь займёт при таких же условиях объём 1 дм³.

Состав смеси газов часто выражают в объёмных долях. Объёмная доля газа обозначается греческой буквой φ (фи) и равна отношению объёма данного газа к объёму смеси. Рассчитаем объёмную долю азота в полученной выше смеси газов:

φ = = 0,5, или 50 %.

Пример 4. В результате пропускания 150 дм³ (н. у.) воздуха через избыток известковой воды выпало 0,201 г осадка. Найдите объёмную долю (%) углекислого газа в данном образце воздуха.

Уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с известковой водой:

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О

Найдём количество (моль) карбоната кальция, выпавшего в осадок (M(CaCO₃) = 100 г/моль):

n(СаСО₃) = 0,201/100 = 0,00201 моль.

По уравнению реакции:

n(СаСО₃) = n(СО₂).

Рассчитаем объёмную долю углекислого газа в воздухе:

V(CO₂) = 0,00201 ∙ 22,4 = 0,045 дм³;

φ(СО₂) = 0,045/150 = 0,0003, или 0,03 %.

Ответ: φ(СО₂) = 0,03 %.

Пример 5. Объём смеси водорода с хлором составляет 50 см³. После взаимодействия газов осталось 10 см³ хлора. Найдите состав исходной смеси в объёмных долях. Все объёмы измерены при н. у.

Уравнение реакции взаимодействия водорода с хлором:

H₂ + Cl₂ 2HCl

Поскольку после взаимодействия осталось 10 см³ хлора, то 40 см³ исходной смеси прореагировало. Хлор и водород реагируют между собой в равных объёмных отношениях. Исходя из этих соображений, в реакцию вступили по 20 см³ хлора и водорода. Поскольку осталось 10 см³ хлора, то в первоначальной смеси было 20 см³ водорода и 30 см³ хлора.

Рассчитаем объёмные доли газов в исходной смеси:

φ(H₂) = 20/50 = 0,4, или 40 %;

φ(Cl₂) = 30/50 = 0,6, или 60 %.

Ответ: φ(H₂) = 40 %; φ(Cl₂) = 60 %.