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【種花家務(wù)·化學(xué)】1-3-11氣體克分子體積——『數(shù)理化自學(xué)叢書66版』

2022-12-20 12:48 作者:山嵓 0人讀過 | 我要投稿

【閱前提示】本書由于是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生閱讀。但很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但很不扎實(shí)的學(xué)酥重新查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

第三章、碳和碳的簡單化合物? ?

§3-11氣體克分子體積

? ? ? ? 前面我們講過，克原子個(gè)數(shù)相同的任何元素，或克分子個(gè)數(shù)相同的任何物質(zhì)，它們的重量一般說來是不同的，但所包含的原子個(gè)數(shù)或分子個(gè)數(shù)都是相同的。那么，它們所占的體積是否相同呢？

? ? ? ??實(shí)驗(yàn)證明，一個(gè)克原子的不同元素，例如1GA銅、1GA銀、1GA鉛所占的體積不同（圖3-17）。同樣，一個(gè)克分子的不同物質(zhì)，例如1GM水、1GM硫酸、1GM食鹽、1GM蔗糖所占的體積也是不同的（圖3-18）。

? ? ? ??但在進(jìn)一步研究之后，我們又知道，上面的這一結(jié)論，對氣體物質(zhì)來說，是并不適用的。

? ? ? ??氣體的體積，情況要比固體、液體復(fù)雜一些。因?yàn)闅怏w的體積，除了和它本身的重量有關(guān)外，還和溫度、壓強(qiáng)等外界條件有關(guān)（當(dāng)然，固體、液體的體積，也不是和外界條件完全沒有關(guān)系的，只是影響很小，一般說來可以不計(jì))。我們知道一定重量氣體所占的體積，如果溫度增高，體積就會膨脹增大。例如0℃時(shí)的1升氣體，當(dāng)溫度增高到273℃時(shí)（假定壓強(qiáng)不變)，體積就會膨脹到2升，也就是比原來的體積增大一倍。另外，壓強(qiáng)增大，氣體的體積就會縮小。實(shí)驗(yàn)指出，在溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)增大一倍，氣體的體積縮小一半。

? ? ? ??由于這樣的緣故，在談到氣體體積時(shí)，總要把氣體的狀況，也就是它所處的外界條件標(biāo)志出來。為了方便起見，現(xiàn)在科學(xué)上規(guī)定了一個(gè)所謂標(biāo)準(zhǔn)狀況，那就是溫度是攝氏零度，壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓（就是氣壓計(jì)上水銀柱高度等于760毫米時(shí)的大氣壓力)的狀況。我們談到氣體體積時(shí)，如果沒有特別標(biāo)志出它所處狀況，那就是說它是處在標(biāo)準(zhǔn)狀況。

? ? ? ??在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1個(gè)克分子的氣體所占體積是多少呢？這可以從氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的比重求出，表示氣體比重最常用的單位是克/升，即1升氣體重量的克數(shù)。例如氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的比重是0.0899克/升，這就是說，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升氫氣重0.0899克.我們知道，1個(gè)克分子的氫氣重2.016克(氫的精確的分子量是2.016)，假定它在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占的體積是x升，那末從下面的關(guān)系：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下1升氫氣重0.0899克，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下x升氫氣重2.016克，可以得出如下的比例關(guān)系式：1升：x升=0.0899克：2.016克，x= $%5Cfrac%7B1%C3%972.016%7D%7B0.0899%7D%20%3D22.4%EF%BC%88%E5%8D%87%EF%BC%89$ 。即1個(gè)克分子的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占體積是22.4升。

? ? ? ??又如，氮?dú)獾谋戎兀ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)狀況下）是1.25克/升。我們知道，1個(gè)克分子的氮?dú)庵?8克（氮?dú)獾姆肿恿?28），假設(shè)它在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占的體積是x升，根據(jù)相同的道理，可以得出如下的比例關(guān)系式：1升：x升=1.25克：28克，x= $%5Cfrac%7B1%C3%9728%7D%7B1.25%7D%3D22.4%EF%BC%88%E5%8D%87%EF%BC%89%20$ 即1個(gè)克分子的氮?dú)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀況下所占體積也是22.4升。

? ? ? ??再如，二氧化碳的比重（在標(biāo)準(zhǔn)狀況下）是1.96克/升。我們知道，1個(gè)克分子的二氧化碳重44克（二氧化碳的分子量=44)，假設(shè)它在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占的體積是x升，根據(jù)相同的道理，可以得出如下的比例關(guān)系式：1升：x升=1.96克：44克，x= $%5Cfrac%7B1%C3%9744%7D%7B1.96%7D%3D22.4%EF%BC%88%E5%8D%87%EF%BC%89%20$ 即1個(gè)克分子的二氧化碳在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占體積也是22.4升。

? ? ? ??從上面三個(gè)具體實(shí)例可以看出，1個(gè)克分子的氫氣、氮?dú)?、二氧化碳在?biāo)準(zhǔn)狀況下所占體積都是22.4升（圖3-19）。

圖3-19一個(gè)克分子的氫氣、氮?dú)?、二氧化碳在?biāo)準(zhǔn)狀況下都占有22.4升體積

? ? ? ??更多的實(shí)驗(yàn)指出：1個(gè)克分子的任何氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下都占有22.4升的體積。現(xiàn)在可以看出：1個(gè)克分子的不同固體和液體所占體積雖是不同的，但1個(gè)克分子的不同氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占體積卻是相同的，它們都是22.4升。這22.4升的體積，稱做氣體克分子體積（圖3-20），用符號 $GMV_0$ 來表示。

圖3·20標(biāo)準(zhǔn)狀況下1克分子氣體所占體積(22.4升)_氣體克分子體積(GMVo)

? ? ? ??應(yīng)該指出，氣體克分子體積這個(gè)名詞，只是對氣體而言的，而且它所處的狀況限于標(biāo)準(zhǔn)狀況。

? ? ? ??利用氣體克分子體積，可以通過一定重量氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占體積的測定，計(jì)算出氣體的分子量?！娟P(guān)于氣態(tài)物質(zhì)分子量的一般測定方法，將在第三冊第六章阿佛加德羅定律”這一章里詳細(xì)介紹】

例1.實(shí)驗(yàn)測得，0.634克的某氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占的體積是0.2升，求該氣體的分子量。

【解】假設(shè)1個(gè)克分子（它在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是22.4升）的該氣體的重量是x克，則0.2升該氣體重0.634克，22.4升該氣體重x克。

? 列出比例式：0.2升：22.4升=0.634克：x克，x= $%5Cfrac%7B0.634%C3%9722.4%7D%7B0.2%7D%20$ =71(克)。即1GM該氣體重71克。由此可知，該氣體的分子量是71。

答：某氣體的分子量是71。

? ? ? ??利用氣體克分子體積，還可算出一定重量氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占的體積。從氣體克分子體積的定義可知，在標(biāo)淮狀況下，氣體所占體積的升數(shù)等于：(氣體的克分子個(gè)數(shù)×22.4)升，或， $%EF%BC%88%5Cfrac%7B%E6%B0%94%E4%BD%93%E9%87%8D%E9%87%8F%E7%9A%84%E5%85%8B%E6%95%B0%7D%7B1%E4%B8%AA%E5%85%8B%E5%88%86%E5%AD%90%E6%B0%94%E4%BD%93%E9%87%8D%E9%87%8F%E7%9A%84%E5%85%8B%E6%95%B0%7D%C3%9722.4%20%EF%BC%89%E5%8D%87$ 。【1個(gè)克分子氣體重量的克數(shù)它在數(shù)值上和該氣體的分子量相同】

例2.3.2克一氧化碳在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占體積是多少升？

【解】一氧化碳(CO)的分子量=12+16=28。

? 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下3.2克一氧化碳所占體積=3.2/28×22.4=2.55（升）。

答：3.2克一氧化碳在標(biāo)準(zhǔn)狀況下占有體積2.55升。

? ? ? ? 最后，利用氣體克分子體積，還可計(jì)算化學(xué)反應(yīng)里氣態(tài)物質(zhì)的體積。

例3.5克碳酸鈣和足量的鹽酸反應(yīng)，能生成二氧化碳?xì)怏w（在標(biāo)準(zhǔn)狀況下）多少升？

【解】碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是： $CaCO_3%2B2HCI%3DCaCl_2%2BH_2O%2BCO_2%E2%86%91$ 【山注，B站專欄公式代碼CaCO_3+2HCI=CaCl_2+H_2O+CO_2↑】由此可以看出，1GM碳酸鈣將產(chǎn)生1 $GMV_0$ (即22.4升)的二氧化碳?xì)怏w。碳酸鈣的分子量=40+12+16×3=100，5克碳酸鈣就是5/100=0.05GM碳酸鈣。

? 1GM $CaCO_3$ 產(chǎn)生22.4升二氧化碳，設(shè)0.05GM? $CaCO_3$ 產(chǎn)生x升二氧化碳。

? 列出比例式，得：1GM:0.05GM=22.4升：x升，x= $%5Cfrac%7B22.4%C3%970.05%7D%7B1%7D%20$ =1.12(升)。

答：5克碳酸鈣完全反應(yīng)后可得二氧化碳?xì)怏w（在標(biāo)準(zhǔn)狀況下）1.12升。

例4.2克碳完全燃燒，需用氧氣若干升？生成二氧化碳?xì)怏w若干升（假定都在標(biāo)準(zhǔn)狀況下）？

【解】碳完全燃燒的化學(xué)方程式是： $C%2BO_2%3DCO_2$

? 由此可以看出，1GA碳完全燃燒需用1 $GMV_0$ (22.4升)的氧氣，并產(chǎn)生1 $GMV_0$ (22.4升)的二氧化碳?xì)怏w。

? 碳的原子量是12，2克碳就是號=0.166GA碳。

? 不必列出比例式，就可推知0.166GA碳完全燃燒需用氧氣的體積是0.166 $GMV_0$ (=0.166×22.4=3.72升)，產(chǎn)生的二氧化碳的體積也是0.166 $GMV_0$ (3.72升)。

答：2克碳完全燃燒，需用氧氣3.72升，并產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w3.72升（都在標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。

習(xí)題3-11

1、什么叫做氣體克分子體積？

【山答】1個(gè)克分子的不同固體和液體所占體積雖是不同的，但1個(gè)克分子的不同氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占體積卻是相同的，它們都是22.4升。這22.4升的體積，稱做氣體克分子體積。

2、在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升一氧化碳重多少克？1升氧氣重多少克？1升氫氣重多少克？1升二氧化碳重多少克？【山答】1.25g；1.43g；0.089g；1.96g。用分子量除以22.4。

3、在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1克一氧化碳占多少升體積？1克氧氣占多少升體積？1克氫氣占多少升體積？1克二氧化碳占多少升體積？【山答】0.8L；0.7L；11.2L；0.51L。用22.4除以分子量。

4、用電流使1.8克水完全分解，結(jié)果產(chǎn)生氧氣和氫氣各多少升(假定在標(biāo)準(zhǔn)狀況下)？【山答】1.12L；2.24L。

5、1.4克一氧化碳完全燃燒，需用純氧多少升？產(chǎn)生二氧化碳多少升（假定在標(biāo)準(zhǔn)狀況下）？【山答】0.56L；1.12L。

6、多少克氧氣和1.4克氮?dú)庹加邢嗤捏w積？【山答】1.6g。

7、要制得氧氣560毫升(1毫升=1/1000升)需用氯酸鉀多少克？【山答】2.04g。

8、假設(shè)100升水煤氣里含有氫氣49升，一氧化碳?xì)怏w44升，氮?dú)?升，二氧化碳?xì)怏w3升。問燃燒100升水煤氣，需用純氧多少升？[提示：在化學(xué)反應(yīng)式里分子式前面的系數(shù)是化學(xué)反應(yīng)里各種物質(zhì)的分子數(shù)的比值，也是各種物質(zhì)的克分子數(shù)的比值。對于氣體來說，這些系數(shù)又表示各種氣態(tài)物質(zhì)體積的比值，例如化學(xué)方程式 $2CO%2BO_2%3D2CO_2$ 表示2體積一氧化碳?xì)怏w完全燃燒時(shí)，需用1體積氧氣并產(chǎn)生2體積二氧化碳?xì)怏w]【山答】46.5L。