Закон эквивалентов:«Химические количества эквивалентов всех веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции, численно равны между собой».

Для реакции аА + вВ = сС + dDсправедливо соотношение:

При решении задач с использованием данного закона приравнивают количества эквивалентов двух соответствующих веществ. Если в условии задачи речь идёт о веществах А и В, то математическое выражение закона эквивалентов в этом случае имеет вид:

Соответствующие химические количества эквивалентов веществ и выражаются через величины, указанные в условии задачи (масса или объём). Например, если в условии задачи приводятся значения массы вещества А и объёма газа В, то выражение закона эквивалентов в этом случае будет иметь вид:

Если же в условии задачи указаны массы веществ А и В, то математическое выражение закона эквивалентов запишется так:

=

Последнее равенство, переписанное в виде:

представляет собой математическое выражение другой формулировки закона эквивалентов: «Массы реагирующих веществ относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов».

Закон объёмных отношений Гей-Люссака: «Объёмы газов, вступающих в химическую реакцию и образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа».

Закон Авогадро: «В равных объёмах различных газов при одинаковых внешних условиях (давление и температура) содержатся одинаковые числа молекул».

Этот закон применим для веществ, находящихся только в газообразном состоянии.

Из молекулярно-кинетической теории газов следует, что при одинаковых внешних условиях расстояния между частицами в десятки, сотни раз больше размеров самих частиц. Поэтому объем порции любого газа определяется не размером его молекул, а расстоянием между ними. Именно по этой причине в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержатся одинаковые числа молекул.

Следствия из закона Авогадро:

1. Если числа молекул разных газов одинаковы, то при одних и тех же внешних условиях эти газы будут занимать одинаковые объёмы.

Экспериментально установлено, что любой газ химическим количеством 1 моль, содержащий 6, 02∙ 10²³ молекул, при нормальных условиях («н.у.» – температуре 0 ^оС и давлении 101, 325 кПа) занимает объём, равный 22, 414 дм³. Этот объём, отнесённый к количеству газа, равному 1 моль, называется молярным объёмом газа при н.у. и обозначается символом :

= 22, 4 дм³/моль.

Следует помнить, что существует также понятие «молярный объём смеси газов». Эта величина обозначается _{(газ. смеси)} и представляет собой объём смеси газов, сумма химических количеств которых равна 1 моль и при н.у. равен, как и молярный объём индивидуального газа, 22, 414 дм³.

Понятию «молярный объём газовой смеси» соответствует понятие «средняя молярная масса газовой смеси». Эта величина обозначается и численно равна отношению массы данной смеси к сумме количеств всех газов в данной смеси:

Физический смысл средней молярной массы газовой смеси: она численно равна массе смеси, объём которой при н.у. равен 22, 414 дм³.

2. Плотность (ρ) любого газа при н.у. – величина, численно равная отношению его молярной массы к молярному объёму:

ρ (X)=

Размерность плотности газов - г/дм³, кг/м³ и т.п.. Например, плотность кислорода при н.у. равна:

ρ (O₂) = .

Физический смысл плотности газа в том, что она равна массе газа объёмом 1 дм³.

Существует также понятие «плотность газовой смеси». Эта величина обозначается и рассчитывается по формуле:

3. Относительная плотность газа Х по газу Y () – величина, численно равная отношению молярных масс этих газов:

=

Относительная плотность одного газа по другому – величина безразмерная.

Физический смысл плотности газа X по газу Y: она показывает, во сколько раз плотность газа X больше плотности газа Y при одних и тех же условиях:

=

Наиболее часто при решении задач используются значения относительных плотностей газов по водороду и по воздуху, которые рассчитываются по формулам:

и

4. Стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций между газами пропорциональны объёмам данных газов.

Для реакции aA_(г) + bB_(г) = cC_(г) справедливо соотношение:

Закон парциальных давлений газов: «Общее давление смеси газов, не вступающих в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений каждого из указанных газов».

Математическое выражение закона:

p_(cмеси) = p₍₁₎ + p₍₂₎ + ∙ ∙ ∙ ∙ + p_(n),

где p_(cмеси) – общее давление газовой смеси; p₍₁₎, p₍₂₎, p_(n) –парциальные давления каждого из газов смеси.

Парциальное давление газа (от латинского «pars» - часть) – давление, которое оказывал бы данный газ на стенки сосуда, если бы он один занимал весь объём газовой смеси при тех же условиях.

При решении задач с использованием данного закона необходимо помнить, что парциальное давление данного газа прямо пропорционально его объёмной (φ) или молярной (χ) доле в газовой смеси:

p_{(1) =} φ _{(1) ∙} p_(смеси) или p_{(1) =} χ _{(1) ∙} p_{(смеси).}

Т = t + 273.

Объединённый газовый закон (уравнение Клапейрона): «Произведение значений давления данной порции газа и его объёма, отнесённое к значению абсолютной температуры газа, есть величина постоянная».

Математическое выражение закона:

,

где V₁ – значение объёма газа при давлении р₁ и температуре Т₁, а V₂ - значение объёма газа при давлении р₂ и температуре Т₂.

При решении задач данное уравнение часто используется для расчёта значения объёма газа (V_o) при нормальных условиях (р_о, Т_о) если известно значение объёма (V₁) при других условиях (p₁, T₁):

, откуда следует, что .

Уравнение Клапейрона–Менделеева. Если химическое количество газа равно 1 моль, то значение дроби является постоянной величиной и называется молярной (или универсальной) газовой постоянной R. Если давление выражается в Па, а объём газа – в м³, то R принимает значение, равное 8, 314 Дж∙ моль^-1∙ К^-1:

Из уравнений Бойля–Мариотта и Шарля–Гей-Люссака следует, что для газа в количестве 1 моль соотношение будет равно 8, 314 Дж∙ моль^-1∙ К^-1 и при других значениях температуры и давления. С учётом этого для газа химическим количеством 1 моль можно написать: или . Если же количество газа равно n моль, то:

Учитывая, что , данное уравнение можно записать в виде:

Это уравнение называется уравнением Клапейрона-Менделеева. Оно связывает математически значения давления газа, его объёма, массы, молярной массы, температуры и позволяет вычислить значение любой из входящих в него величин по имеющимся значениям других величин.