Меню

Давление азота и кислорода в нормальных условиях

Газовые смеси. Закон Дальтона

Парциальным давлением называется та часть общего давления газовой смеси, которая обусловлена данным газом или паром. Парциальное газа в смеси равно тому давлению газа в смеси, которым он обладал бы один, занимая такой же объём, какой занимает смесь при той же температуре.

Закон Дальтона.При отсутствии химических реакций общее давление газовой смеси Робщ равно сумме парциальных давлений всех входящих в неё газов р1, р2, р3 …,рn:

Парциальное давление данного газа пропорционально доле его молекул от общего количества молекул смеси (мольной доле):

pi = Pобщ·Xi = Pобщ· . (63)

Мольная доля Хi – есть отношение числа молей данного вещества – ni (или определённого вида частиц) к общему числу молей вещества (или частиц), находящихся в системе ni.

Мольную долю можно относить либо ко всей системе, либо к какой-то фазе. В последнем случае берётся отношение числа молей данного вещества в этой фазе к общему числу молей вещества, образующих данную фазу. Сумма мольных долей всех веществ, образующих систему (или фазу), равна единице.

Состав газовых смесей можно выразить также с помощью весовых, объёмных частей. Весовой долей данного газа в смеси называется отношение массы этого газа к массе газовой смеси. Если обозначим весовые доли газов через G1, G2, G3, …, Gi; а массы газов в смеси – через m1, m2, m3, …, mi и общую массу газовой смеси – через m, то тогда получаем:

G1 = G2 = G3 = … Gn = (64)

Чтобы выразить состав газовой смеси в объёмных единицах, необходимо объёмы газов, составляющих смесь, привести к одному давлению и одной температуре. Объём отдельного газа, входящего в состав смеси, приведённого к давлению смеси, называется приведённым объёмом. Для того, чтобы найти приведённый объём газа при давлении газовой смеси Робщ и температуре Т, необходимо воспользоваться законом Бойля — Мариотта:

где v1, v2, v3, …, vn – приведённые объёмы отдельных газов, составляющих смесь; р1, р2, р3, …, рn – парциальные давления отдельных газов;

v1 = v2 = v3 = …; vn = (65)

Сумма приведённых объёмов отдельных газов равняется общему объёму смеси:

Отношение приведённых объёмов отдельных газов к общему объёму смеси называется объёмной долей и выражается через r:

r1 = r2 = r3 = …; rn = (66)

Для газовых смесей состав, выраженный объёмными и мольными долями одинаков, т.е.:

…; (67)

Среднюю молекулярную массу газовой смеси, если известны объёмные доли газов в смеси, вычисляем по формуле:

Пример 7. Приведите к нормальным условиям газ (вычислите объём V, который занимает данное количество газа при 273 К и 1,0133·10 5 Па), если при 373 К и 1,333·10 3 Па его объём равен 3·10 -2 м 3 .

Решение. По уравнению (59) определяем объём газа:

Пример 8. Газ под давлением 1,2·10 5 Н/м 2 занимает объём 4,5 л. каково будет давление, если, не изменяя температуры, увеличить объём до 5,5 л?

Решение. Используя закон Бойля – Мариотта (52):

,

Р2 = ,

Пример 9. Вычислите парциальные объёмы водяного пара, азота и кислорода и парциальные давления азота и кислорода во влажном воздухе. Общий объём смеси 2·10 -3 м3 , общее давление 1,0133·10 5 Па, парциальное давление паров воды 1,233·10 4 Па. Объёмный состав воздуха 21% О2 и 79% N2,

Читайте также:  Регистрационное удостоверение на измеритель давления and 777

Решение. Вычисляем парциальный объём паров воды V по уравнению (65):

vn =

V =

Вычисляем парциальные объёмы О2 и N2:

V + V = V — V = 0,002 – 0,00024 = 1,76·10 -3 м 3 .

V / V = 0,21/0,79.

V = 1,76·10 -3 м 3 · 0,21 = 0,37·10 -3 м 3 ;

V = 1,76·10 -3 м 3 · 0,79 = 1,39·10 -3 м 3 .

Вычисляем парциальное давление О2 по уравнению (63):

Р = Р· х ,

х = V / V = 0,37·10 -3 м 3 / 2·10 -3 м 3 = 0,186;

Р = 1,0133·10 5 Па· 0,186 = 1,866 · 10 4 Па;

а так как Р = Р + Р + Р , то

Р = 1,0133·10 5 Па — 1,866 · 10 4 Па — 1,233·10 4 Па = 7,033·10 4 Па.

Вариант 1.

5. При нормальных условиях плотность двуокиси углерода 1,977кг/м 3 . Каким давлением нужно сжать газ, чтобы плотность его при 0ºС достигла 10 кг/м 3 ?

6. Газовая смесь состоит из 3 м 3 СО2, взятой при давлении 95 940 Н/м 2 , 4 м 3 О2 при давлении 106 600 Н/м 2 , 6 м 3 N2 при давлении 93280 Н/м 2 . Объём смеси 10 м 3 . Определить парциальные давления газов в смеси и общее давление смеси (температура постоянна).

Вариант 2.

5. Масса 1 м 3 азота при 10ºС и давлении 9,86·10 4 Н/м 2 равна 1,175 кг. Какова масса этого же объёма азота под давлением 1,092·10 5 Н/м 2 при той же температуре?

6. Сухой воздух имеет примерно следующий состав (об.%): N2 78,09; О2 20,95; Ar 0,93; СО2 0,03 %. Определить массу 40 м 3 сухого воздуха при 22ºС и нормальном давлении.

Вариант 3.

5. При 37ºС объём газа равен 0,50 м 3 . Какой объём займёт газ при 100ºС, если давление останется постоянным?

6. Газовая смесь приготовлена из 3 л СН4 при давлении 95 940 Н/м 2 ; 4 л Н2 при давлении 83 950 Н/м 2 и 1 л СО при давлении 108 700 Н/м 2 . Объём смеси равен 8 л. определить парциальные давления газов в смеси и общее давление смеси.

Вариант 4.

5. При 18ºС давление в баллоне с азотом 1,621·10 6 Н/м 2 . При какой температуре давление возрастёт в два раза?

6. Рассчитать общее давление газов в сосуде ёмкостью 200 л, если в нём при 135ºС содержится смесь 82,1 г бензола и 23,6 г толуола.

Вариант 5.

5. Вычислить объём дымовых газов при нормальном давлении, если их объём при давлении 9,888·10 4 Н/м 2 и постоянной температуре равен 10м 3 ?

6. Колошниковый газ имеет примерный состав (об.%): СО 28; Н2 3; СО2 10; N2 59. вычислить парциальные давления составляющих смесь газов, если общее давление газовой смеси 106 400 Н/м 2 .

Вариант 6.

5. Под каким давлением находится кислород, если плотность его при 0ºС равна 6,242 кг/м 3 ? Плотность кислорода при н.у. 1,429 кг/м 3 .

Читайте также:  Расчет расхода воздуха по давлению и диаметру формула

6. Газ подземной газификации имеет примерно следующий состав (об.%): СО 12; Н2 14; N2 62,2; СО2 10 и СН4 1,8. Определить состав данной смеси газов в весовых процентах.

Вариант 7.

5. Давление кислорода в баллоне при 15ºС равно 1,255·10 7 Н/м 2 . На сколько понизится давление газа, если охладить баллон до -33ºС?

6. Генераторный газ имеет приблизительно следующий состав (вес.%): СО2 12; Н2 14; СО 20; N2 54. Вычислить содержание каждой составной части генераторного газа по объёму.

Вариант 8.

5. Сколько кубических метров двуокиси углерода при 22ºС и99289 Н/м 2 можно получить при обжиге 1000 кг известняка с содержанием 90% СаСО3?

6. В баллоне ёмкостью 20 л при 18ºС находится смесь 28 г кислорода и 24 г аммиака. Определить парциальные давления каждого из газов и общее давление смеси.

Вариант 9.

5. Определить давление, под которым будут находиться 13,5 г окиси углерода в сосуде ёмкостью 8 л при 150ºС?

6. Рассчитать общее давление газовой смеси, состоящей из 40 г этилена и 30 г метана и находящейся в сосуде ёмкостью 100 л при 25ºС.

Вариант 10.

5. Наивысшая температура в газгольдере летом 40ºС, наименьшая зимой — -30ºС. На сколько больше (по массе) метана может вместить газгольдер ёмкостью 2000 м 3 зимой, чем летом при нормальном давлении?

6. В сосуде ёмкостью 2 л находится 5,23 г азота и 7,10 г водорода. вычислить общее давление смеси газов при 25ºС.

Дата добавления: 2014-12-07 ; просмотров: 6779 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Определение парциального давления газов в атмосфере

С уменьшением барометрического давления снижается и парциальное давление основных газов, входящих в состав атмосферы. Количественный же состав воздушной смеси в тропосфере остается практически неизменным. Так атмосферный воздух в нормальных условиях (на уровне моря) содержит 21% кислорода, 78% азота, 0,03% углекислого газа и почти % приходится на инертные газы: гелий, ксенон, аргон и т.д.

Парциа́льное давление (лат. partialis — частичный, от лат. pars — часть) — давление отдельно взятого компонента газовой смеси. Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов.

Парциальное давление газа в атмосферном воздухе определяется по формуле:

, (1.1)

где α — содержание газа в атмосферном воздухе в %;

Рh – барометрическое давление на фактической высоте.

Решающую роль в поддержании жизнедеятельности человека играет газовый обмен между организмом и внешней средой. Газовый обмен осуществляется за счет дыхания и кровообращения: в организм непрерывно поступает кислород, а из организма выделяется углекислый газ и другие продукты обмена веществ. Чтобы этот процесс не нарушался необходимо поддерживать парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе на уровне близком к земному.

Парциальным давлением кислорода (О2) в воздухе называется часть общего давления воздуха, приходящаяся на долю О2.

Так, на уровне моря (Н=0м), в соответствии с (1.1), парциальное давление кислорода составит:

Читайте также:  Какое давление в бензонасосе на крайслере

, (1.2)

где αО2 = 21% — содержание газа в атмосферном воздухе в %;

Рh=0 – барометрическое давление на высоте уровня моря

При увеличении высоты суммарное давление газов падает, однако парциальное давление таких составных частей, как углекислого газа и водяных паров в альвеолярном воздухе, практически остается без изменений.

И равно, при температуре тела человека 37 0 С примерно:

· для водяных паров РН2О=47мм рт.ст.;

· для углекислого газа РСО2=40 мм рт.ст.

При этом значительно изменяется скорость падения давления кислорода в альвеолярном воздухе.

Атмосферное давление и температура воздуха на высотах

По международному стандарту

Таблица 1.4

№ п/п Высота, м Барометрическое давление, мм рт.ст. Температура воздуха, 0 С
1.
2. 715,98 11,75
3. 674,01 8,5
4. 634,13 5,25
5. 596,17
6. 560,07 -1,25
7. 525,8 -4,5
8. 493,12 -7,15
9. 462,21 -11,0
10. 432,86 -14,25
11. 405,04 -17,5
12. 378,68 -20,5
13. 353,73 -24,0
14. 330,12 -27,25
15. 307,81 -30,5
16. 286,74 -33,75
17. 266,08 -37,0
18. 248,09 -40,25
19. 230,42 -43,5
20. 213,76 -46,75
21. 198,14 -50,0
22. 183,38 -50,25
23. 169,58 -56,5
24. 156,71 -56,5
25. 144,82 -56,5
26. 133,83 -56,5
27. 123,68 -56,5
28. 114,30 -56,5
29. 105,63 -56,5
30. 97,61 -56,5
31. 90,21 -56,5
32. 83,86 -56,5

Альвеолярный воздух — смесь газов (главным образом кислорода, углекислого газа, азота и паров воды), содержащаяся в лёгочных альвеолах, непосредственно участвующий в газообмене с кровью. Поступление кислорода в кровь, протекающую по лёгочным капиллярам, и удаление из неё углекислого газа, а также регуляция дыхания зависят от состава, поддерживаемого у здоровых животных и человека в определённых узких границах благодаря вентиляции лёгких (у человека в норме содержит 14-15% кислорода и 5-5,5% углекислого газа). При недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и некоторых болезненных состояниях возникают изменения состава, что может привести к гипоксии.

Парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе (под маской и в верхних дыхательных путях) рассчитывается по формуле:

, (1.3)

А в альвеолярном воздухе по формуле:

, (1.4)

где αО2 — содержание газа в атмосферном воздухе в %;

Рh – барометрическое давление на определенной высоте;

РН2О=47мм рт.ст. – парциальное давление водяных паров;

РСО2=40 мм рт.ст.– парциальное давление углекислого газа

В соответствии с (1.3), парциальное давление вдыхаемого кислорода (под маской и в верхних дыхательных путях) в нормальных условиях должно быть:

, (1.5)

И парциальное давление в альвеолярном воздухе, в соответствие с (4), в нормальных условиях должно быть:

(1.6)

По оценкам ученых установлено, что нижним пределом РО2, при котором человек еще работоспособен, является РО2 = 98 мм рт.ст. Это соответствует высоте Н=3000 м, которая называется безопасной высотой.

Источник

Adblock
detector