Все формулы РФ

Химия / Газы в химии

Молярный объем газа при нормальных условиях в расчетах

При нормальных условиях объем газа находят умножением количества вещества на молярный объем 22,4 л/моль. Это школьная модель для идеального газа.

Опубликовано: Обновлено:

Школьная программаОГЭЕГЭГазы в химииБазовые химические расчетыКалькуляторЕсть историческая справка

Формула

$$V = n \cdot V_m,\quad V_m \approx 22{,}4\ \text{л/моль}$$
Схема Один моль газа

Одинаковые сосуды показывают 1 моль разных газов при нормальных условиях.

При одинаковых условиях 1 моль газа занимает около 22,4 л.

Обозначения

$V$
объем газа, л
$n$
количество вещества газа, моль
$V_m$
молярный объем газа при нормальных условиях, л/моль

Условия применения

  • Нормальные условия в школьных задачах обычно принимают как 0 °C и 1 атм, где Vm приблизительно 22,4 л/моль.
  • Газ считают идеальным или близким к идеальному.
  • Количество вещества должно относиться именно к газу, объем которого находят.

Ограничения

  • Значение 22,4 л/моль нельзя автоматически применять при комнатной температуре или другом давлении.
  • Реальные газы отклоняются от идеального поведения при высоких давлениях и низких температурах.
  • Для газовых смесей объем отдельного компонента требует учета его количества вещества или доли.

Подробное объяснение

Молярный объем показывает, какой объем занимает один моль газа при заданных температуре и давлении. При нормальных условиях в школьных расчетах используют приближенное значение 22,4 л/моль. Поэтому объем прямо пропорционален количеству вещества.

Формула V = nVm является газовым аналогом m = nM. В одной формуле коэффициентом перевода служит молярная масса, в другой - молярный объем. Но единицы разные: граммы для массы и литры для объема газа.

Особенность газов состоит в том, что при одинаковых условиях равные количества вещества разных газов занимают примерно равные объемы. Это не значит, что их массы одинаковы. Один моль водорода имеет массу 2 г, а один моль углекислого газа - 44 г, но объемы при тех же условиях близки.

Формула отличается от pV = nRT тем, что уже содержит конкретные условия в значении Vm. Если условия меняются, нужно изменить Vm или перейти к полному уравнению идеального газа.

Как пользоваться формулой

  1. Проверьте, что газ дан при нормальных условиях.
  2. Запишите количество вещества газа в молях.
  3. Возьмите Vm = 22,4 л/моль, если другое значение не указано.
  4. Умножьте количество вещества на молярный объем.
  5. Если условия не нормальные, используйте газовое уравнение вместо 22,4 л/моль.

Историческая справка

Представление о молярном объеме связано с газовыми законами и гипотезой Авогадро. В XIX веке стало ясно, что объемы газов при одинаковых условиях отражают количество частиц, а не массу газа. Это позволило использовать газовые объемы в химических расчетах и связывать их с уравнениями реакций. Значение около 22,4 л/моль при нормальных условиях является следствием уравнения идеального газа и выбранных температуры и давления. В школьной химии оно стало удобной константой для задач, где не требуется каждый раз подставлять p, V, n, R и T. Позднее эта запись закрепилась в учебных курсах как короткий расчетный прием: она связывает измеряемые величины с химической моделью и позволяет ученику проверить не только число, но и выбранный способ рассуждения.

Пример

Найдем объем 0,75 моль азота N2 при нормальных условиях. Используем Vm = 22,4 л/моль. V = nVm = 0,75 * 22,4 = 16,8 л. Ответ: 0,75 моль азота занимают 16,8 л при нормальных условиях. Если бы количество было 2 моль, объем составил бы 44,8 л. Важно, что молярный объем относится к газу как физическому состоянию, а не к конкретной молярной массе: 1 моль H2 и 1 моль CO2 при одинаковых условиях имеют примерно одинаковый объем, хотя массы у них разные. Дополнительная проверка результата состоит в том, чтобы вернуть найденную величину в исходную формулу и убедиться, что единицы сокращаются именно так, как требует химический смысл задачи.

Частая ошибка

Самая частая ошибка - использовать 22,4 л/моль для любого газа при любых условиях. Если температура 25 °C или давление не равно нормальному, нужно применять уравнение идеального газа или заданный Vm. Вторая ошибка - умножать массу газа на 22,4 вместо количества вещества. Третья ошибка - думать, что одинаковые объемы разных газов имеют одинаковую массу; одинаковым при одинаковых условиях будет количество вещества, а масса зависит от молярной массы.

Практика

Задачи с решением

Объем кислорода

Условие. Найдите объем 2 моль O2 при н.у.

Решение. V = 2 * 22,4 = 44,8 л.

Ответ. 44,8 л

Объем водорода

Условие. Какой объем занимает 0,5 моль H2 при н.у.?

Решение. V = 0,5 * 22,4 = 11,2 л.

Ответ. 11,2 л

Количество по объему

Условие. Сколько молей в 5,6 л газа при н.у.?

Решение. n = V/Vm = 5,6/22,4 = 0,25 моль.

Ответ. 0,25 моль

Калькулятор

Посчитать по формуле

Введите значения и нажмите «Рассчитать».

Дополнительные источники

  • OpenStax Chemistry 2e: molar volume of gases
  • IUPAC Gold Book: molar volume
  • BIPM SI Brochure: mole and SI units

Связанные формулы

Химия

Расчет объема газа по уравнению реакции

$V_B=\frac{m_A}{M_A}\cdot\frac{\nu_B}{\nu_A}\cdot V_m$

Объем газообразного продукта по уравнению реакции находят через количество исходного вещества, коэффициенты реакции и молярный объем газа.

Химия

Относительная плотность газа по водороду

$D_{H_2}=\frac{M_{\text{газа}}}{M_{H_2}}=\frac{M_{\text{газа}}}{2}$

Относительная плотность газа по водороду показывает, во сколько раз данный газ тяжелее водорода при одинаковых условиях. Ее находят делением молярной массы газа на 2.