Молярный объём газа и расчёты
Объём связывает измеряемое пространство с количеством газа, но любое численное значение молярного объёма относится к заданным температуре и давлению.
1. Закон Авогадро и молярный объём
При одинаковых температуре и давлении равные количества идеальных газов занимают равные объёмы независимо от природы газа. Молярный объём — объём на количество вещества:
\(V_m=\frac{V}{n}\), поэтому \(V=nV_m\) и \(n=\frac{V}{V_m}\)
Единицы: \(л\,моль^{-1}\) или \(м^3\,моль^{-1}\). Один моль \(H_2\), \(O_2\) и \(CO_2\) имеет равный идеальный объём только при одинаковых T и P.
2. Зависимость от условий
| Температура | Давление | Идеальный молярный объём |
|---|---|---|
| 273,15 K | 101,325 кПа | \(22{,}414\,л\,моль^{-1}\), обычно \(22{,}4\) |
| 273,15 K | 100 кПа | около \(22{,}7\,л\,моль^{-1}\) |
| 298,15 K | 100 кПа | около \(24{,}8\,л\,моль^{-1}\) |
Фраза «моль газа занимает 22,4 л» неполна без условий. При постоянном давлении нагрев обычно увеличивает объём; при постоянной температуре рост давления уменьшает объём. Реальные газы отклоняются от идеальной модели, особенно при высоком давлении или низкой температуре.
3. Путь расчёта
- Запишите данное и единицы.
- Проверьте T и P.
- Выберите соответствующий \(V_m\).
- Используйте \(V=nV_m\) или \(n=V/V_m\).
- Проверьте сокращение единиц и разумность.
Пример: при 273,15 K и 101,325 кПа \(0{,}50\,моль\times22{,}4\,л\,моль^{-1}=11{,}2\,л\).
4. Масса, количество и объём
\(n=\frac{m}{M}\), затем \(V=nV_m\)