Меню

Давление плотность молярная масса смеси газов

Секретная шпаргалка по химии. 4.2. Состав смеси газов

Команда «Газы!» была объявлена еще две недели назад. И что?! Легкие задачи порешали и расслабились?! Или вы думаете, что задачи на газы касаются только 28-х заданий ЕГЭ?! Как бы не так! Если газов пока еще не было в 34-х заданиях, это ничего не значит! Задач на электролиз тоже не было в ЕГЭ до 2018 года. А потом как врезали, мама не горюй! Обязательно прочитайте мою статью » Тайны задач по химии? Тяжело в учении — легко в бою!». В этой статье очень подробно рассказывается о новых фишках на электролиз. Статья вызвала шквал самых разных эмоций у преподавателей химии. До сих пор мне и пишут, и звонят, и благодарят, и бьются в конвульсиях. Просто цирк с конями, в котором я — зритель в первом ряду.

Однако, вернемся к нашим баранам, вернее, Газам. Я прошла через огонь и воду вступительных экзаменов и знаю точно — хочешь завалить абитуриента, дай ему задачу на Газы. Почитайте на досуге сборник задач И.Ю. Белавина. Я процитирую одну такую «мозгобойню», чтобы вам жизнь медом не казалась. Попробуйте решить.

И.Ю. Белавин, 2005, задача 229

«Два из трех газов (сероводород, водород и кислород) смешали и получили газовую смесь, плотность которой оказалась равной плотности оставшегося газа. Полученную газовую смесь вместе с равным ей объемом третьего газа под давлением поместили в замкнутый сосуд емкостью 4 л, содержавший азот при н.у. и нагревали при 600 С до окончания химических реакций, затем постепенно охладили. Определите массы веществ, содержавшихся в сосуде после охлаждения, если плотность газовой смеси в сосуде перед нагреванием равнялась 9,25г/л. (Ответ: m(S) = 7,5 г, m(SO2) = 15 г, m(Н2О) = 9 г)»

Ну как, решили? Нет?! А ваши репетиторы?! Извините, это был риторический вопрос. Кстати, мои ученики, абитуриенты 2003-2008 гг. такие задачи щелкали, как семечки, на экзаменах во 2-й медицинский (теперь РНИМУ им. Н.И. Пирогова). Надеюсь, вам понятно, что 34-м задачам ЕГЭ еще есть куда усложняться, perfectio interminatus est (нет предела совершенству), с газами нужно работать, работать и работать. Поэтому команду «Газы!» отменять рано. Итак, поехали!

Сегодня мы поговорим о газовых смесях, затронем понятие плотности газа (абсолютной и относительной), средней молярной массы, решим задачи: определение средней молярной массы и плотности газа по компонентам смеси и наоборот.

• Газовая смесь — смесь отдельных газов НЕ вступающих между собой в химические реакции. К смесям газов относятся: воздух (состоит из азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и др.), природный газ (смесь предельных и непредельных углеводородов, оксида углерода, водорода, сероводорода, азота, кислорода, углекислого газа и др.), дымовые газы (содержат азот, углекислый газ, пары воды, сернистый газ и др.) и др.

• Объемная доля — отношение объема данного газа к общему объему смеси, показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ, измеряется в долях единицы или в процентах.

• Мольная доля — отношение количества вещества данного газа к общему количеству вещества смеси газов, измеряется в долях единицы или в процентах.

• Плотность газа (абсолютная) определяется как отношение массы газа к его объему, единица измерения (г/л). Физический смысл абсолютной плотности газа — масса 1 л, поэтому молярный объем газа (22,4 л при н.у. t° = 0°C, P = 1 атм) имеет массу, численно равную молярной массе.

• Относительная плотность газа (плотность одного газа по другому) — это отношение молярной массы данного газа к молярной массе того газа, по которому она находится

• Средняя молярная масса газа — рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей

Настоятельно рекомендую запомнить среднюю молярную массу воздуха Мср(в) = 29 г/моль , в заданиях ЕГЭ часто встречается.

ВАНГУЮ: чует мое сердце, что ЕГЭ по химии 2019 года устроит нам газовую атаку, а противогазы не выдаст!

Определить плотность по азоту газовой смеси, состоящей из 30% кислорода, 20% азота и 50% углекислого газа.

Вычислите плотность по водороду газовой смеси, содержащей 0,4 моль СО2, 0,2 моль азота и 1,4 моль кислорода.

5 л смеси азота и водорода имеют относительную плотность по водороду 12. Определить объем каждого газа в смеси.

Плотность по водороду пропан-бутановой смеси равна 23,5. Определите объемные доли пропана и бутана

Газообразный алкан объемом 8 л (н.у.) имеет массу 14,28 г. Чему равна его плотность по воздуху

Плотность паров альдегида по метану равна 2,75. Определите альдегид

Ну как? Пошло дело? Если туго, вернитесь к задачам и решайте их самостоятельно до тех пор, пока не щелкнет! А для стимуляции — десерт в виде еще одной задачи И.Ю. Белавина на газы. Наслаждайтесь ее решением самостоятельно!

Читайте также:  Датчик давления в шинах siemens vdo s120123010a

И.Ю. Белавин, 2005, задача 202

«Сосуд емкостью 5,6 л при н.у. заполнили метаном, затем нагрели до высокой температуры, в результате чего произошло частичное разложение метана. Определите массу образовавшейся сажи, если известно, что после приведения к нормальным условиям объем полученной газовой смеси оказался в 1,6 раза больше объема исходного метана, эта газовая смесь обесцвечивает бромную воду и имеет плотность по воздуху 0,2931. (Ответ: m(C) = 0,6 г)»

Задачи И.Ю. Белавина — это крутой драйв! Попробуйте порешать, и вы откажетесь от просмотра любых ужастиков, поскольку запасетесь адреналином надолго! Но нам нужно спуститься на землю к ЕГЭ, простому и надежному, как первый советский трактор. Кстати, у меня в коллекции припасено немало сюрпризов с газовыми фишками, собранными за все годы работы и бережно хранимыми. Думаю, пришло время сказать им: «И снова здравствуйте!», поскольку ЕГЭ с каждым годом становится «все чудесатее и чудесатее». Но это уже совсем другая история. Читайте мои статьи — и вы подстелите соломку под свою ЕГЭшную попу.

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии http://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Позвоните мне +7(903)186-74-55, приходите ко мне на курс, на бесплатные Мастер-классы «Решение задач по химии». Я с удовольствием вам помогу.

Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова

Источник

Давление плотность молярная масса смеси газов

Для того чтобы воспользоваться уравнением Менделеева-Клапейрона для смеси газов

необходимо знать газовую постоянную RСМ и молярную массу (условную) смеси µСМ. Для смеси, как для любого идеального газа, эти две величины связаны соотношением RСМ=8314/µСМ (Дж/(кг•К)). Чтобы рассчитать эти величины, необходимо знать состав смеси газов, т.е. какие газы и в какой пропорции входят в смесь.

Состав смеси может быть задан массовыми, объемными или мольными долями.

Массовой долей gi данного газа называется отношение его массы к массе всей смеси:

где mi – масса отдельного газа, входящего в смесь;
mСМ – общая масса смеси.

Очевидно, что сумма массовых долей всех газов смеси равна единице:

Объeмной долей ri данного газа называется отношение объема, который занимал бы данный газ при температуре и давлении смеси, к общему объему смеси:

где Vi – объем данного газа при ТСМ и РСМ, м 3 .

Объем Vi называют парциальным объемом, это искусственно введенная величина, поскольку каждый газ, входящий в смесь, занимает весь объем смеси. Парциальный объем можно рассчитать по уравнению Менделеева – Клапейрона:

Записав уравнение Менделеева – Клапейрона через парциальное давление и через парциальный объем,

можно получить еще одно расчетное выражение для объемной доли, поделив правые и левые части этих уравнений одно на другое:

Поскольку сумма парциальных давлений равна давлению смеси, то сумма объемных долей всех газов смеси равна единице, а сумма парциальных объемов равна полному объему всей смеси газов:

Для смеси газов используется понятие мольных долей. Мольной долей называется отношение количества молей данного газа Мi к общему количеству молей всех газов смеси МСМ.

Количество молей определяется делением массы газа на его молярную массу:

Воспользовавшись уравнением Менделеева – Клапейрона для парциального и полного объемов смеси газов и введя в него количество молей

получим еще одно расчетное выражение для мольной доли:

Равенство объемных и мольных долей для смеси газов можно получить и из закона Авогадро, в соответствии с которым объемы молей всех идеальных газов при одинаковых параметрах одинаковы, т.е. число молей при одинаковых параметрах идеальных газов прямо пропорционально полным объемам этих газов: Vμ i=Vii=VСМСМ=Vμ СМ.

Существует взаимосвязь массовых и объемных долей смеси. Ее несложно получить, выразив массы газов через произведение их объемов на плотности, а отношение плотностей при одинаковых параметрах, в соответствии с законом Авогадро, заменив отношением молярных масс:

Уравнение (4.76) позволяет получить расчетные выражения для молярной массы и газовой постоянной смеси газов на основании равенства единице суммы массовых и объемных долей всех газов данной смеси:

При известной молярной массе смеси газовую постоянную смеси проще определить из соотношения

Для определения парциального давления данного газа в смеси можно воспользоваться выражением (4.71). В соответствии с ним

Источник

Физика

Если идеальные газы находятся в сообщающихся баллонах, разделенных краном, то при открытии крана газы в баллонах смешиваются между собой и каждый из них заполняет объем обоих баллонов.

Для идеального газа (или двух разных газов), находящегося в сообщающихся баллонах , при открытии крана некоторые параметры становятся одинаковыми:

  • давление газа (или смеси газов) после открытия крана уравнивается:
  • газ (или смесь газов) после открытия крана занимает весь предоставленный ему объем, т.е. объем обоих сосудов:

где V 1 — объем первого баллона; V 2 — объем второго баллона;

  • температура газа (или смеси газов) после открытия крана уравнивается:
  • плотность газа ρ и его концентрация n в обоих баллонах становятся одинаковыми:

Если баллоны имеют одинаковый объем , то массы газа (или смеси газов) в каждом баллоне после открытия крана становятся одинаковыми :

m ′ 1 = m ′ 2 = m ′ = m 1 + m 2 2 ,

где m ′ 1 — масса газа (или смеси газов) в первом баллоне после открытия крана; m ′ 2 — масса газа (или смеси газов) во втором баллоне после открытия крана; m ′ — масса газа (или смеси газов) в каждом баллоне после открытия крана; m 1 — масса газа в первом баллоне до открытия крана; m 2 — масса газа во втором баллоне до открытия крана.

Масса газа, перешедшего из одного сосуда в другой в результате открытия крана, определяется следующими выражениями:

  • изменение массы газа в первом баллоне

Δ m 1 = | m ′ 1 − m 1 | = | m 1 + m 2 2 − m 1 | = | m 2 − m 1 | 2 ;

  • изменение массы газа во втором баллоне

Δ m 2 = | m ′ 2 − m 2 | = | m 1 + m 2 2 − m 2 | = | m 1 − m 2 | 2 .

Изменения массы газа (или смеси газов) в обоих баллонах одинаковы :

Δ m 1 = Δ m 2 = Δ m = | m 2 − m 1 | 2 ,

т.е. сколько газа ушло из баллона с большей массой газа — столько же газа пришло в баллон с меньшей массой.

Если баллоны имеют одинаковый объем , то количества газа (или смеси газов) в каждом баллоне после открытия крана становятся одинаковыми :

ν ′ 1 = ν ′ 2 = ν ′ = ν 1 + ν 2 2 ,

где ν ′ 1 — количество газа (или смеси газов) в первом баллоне после открытия крана; ν ′ 2 — количество газа (или смеси газов) во втором баллоне после открытия крана; ν′ — количество газа (или смеси газов) в каждом баллоне после открытия крана; ν 1 — количество газа в первом баллоне до открытия крана; ν 2 — количество газа во втором баллоне до открытия крана.

Количество газа, перешедшего из одного сосуда в другой в результате открытия крана, определяется следующими выражениями:

  • изменение количества газа в первом баллоне

Δ ν 1 = | ν ′ 1 − ν 1 | = | ν 1 + ν 2 2 − ν 1 | = | ν 2 − ν 1 | 2 ;

  • изменение количества газа во втором баллоне

Δ ν 2 = | ν ′ 2 − ν 2 | = | ν 1 + ν 2 2 − ν 2 | = | ν 1 − ν 2 | 2 .

Изменения количества газа (или смеси газов) в обоих баллонах одинаковы :

Δ ν 1 = Δ ν 2 = Δ ν = | ν 2 − ν 1 | 2 ,

т.е. сколько газа ушло из баллона с большим количеством газа — столько же газа пришло в баллон с меньшим количеством.

Для идеального газа (или двух разных газов), находящегося в сообщающихся баллонах, при открытии крана давление становится одинаковым:

и определяется по закону Дальтона (для смеси газов) —

где p 1 , p 2 — парциальные давления компонентов смеси.

Парциальные давления компонентов смеси могут быть рассчитаны следующим образом:

  • с помощью уравнения Менделеева — Клапейрона; тогда давление определяется формулой

p = ( ν 1 + ν 2 ) R T V 1 + V 2 ,

где ν 1 — количество вещества первого компонента смеси; ν 2 — количество вещества второго компонента смеси; R — универсальная газовая постоянная, R ≈ 8,31 Дж/(моль ⋅ К); T — температура смеси; V 1 — объем первого баллона; V 2 — объем второго баллона;

  • с помощью основного уравнения молекулярно-кинетической теории; тогда давление определяется формулой

p = ( N 1 + N 2 ) k T V 1 + V 2 ,

где N 1 — количество молекул первого компонента смеси; N 2 — количество молекул второго компонента смеси; k — постоянная Больцмана, k = 1,38 ⋅ 10 −23 Дж/К.

Пример 26. Определить среднюю молярную массу смеси газов, состоящей из 3,0 кг водорода, 1,0 кг гелия и 8,0 кг кислорода. Молярные массы водорода, гелия и кислорода равны 2,0, 4,0 и 32 г/моль соответственно.

Решение . Средняя молярная масса смеси определяется формулой

где m — масса смеси; ν — количество вещества в смеси.

Массу смеси найдем как сумму масс —

где m 1 — масса водорода; m 2 — масса гелия; m 3 — масса кислорода.

Аналогично найдем количество вещества —

где ν 1 — количество водорода в смеси, ν 1 = m 1 / M 1 ; M 1 — молярная масса водорода; ν 2 — количество гелия в смеси, ν 2 = m 2 / M 2 ; M 2 — молярная масса гелия; ν 3 — количество кислорода в смеси, ν 3 = m 3 / M 3 ; M 3 — молярная масса кислорода.

Подстановка выражений для массы и количества вещества в исходную формулу дает

〈 M 〉 = m 1 + m 2 + m 3 ν 1 + ν 2 + ν 3 = m 1 + m 2 + m 3 m 1 M 1 + m 2 M 2 + m 3 M 3 .

〈 M 〉 = 3,0 + 1,0 + 8,0 3,0 2,0 ⋅ 10 − 3 + 1,0 4,0 ⋅ 10 − 3 + 8,0 32 ⋅ 10 − 3 =

= 6,0 ⋅ 10 − 3 кг/моль = 6,0 г/моль .

Пример 27. Плотность смеси газов, состоящей из гелия и водорода, при давлении 3,50 МПа и температуре 300 К, равна 4,50 кг/м 3 . Определить массу гелия в 4,00 м 3 смеси. Молярные массы водорода и гелия равны 0,002 и 0,004 кг/моль соответственно.

Решение . Чтобы найти массу гелия m 2 в указанном объеме, необходимо определить плотность гелия в смеси:

где ρ 2 — плотность гелия; V — объем смеси газов.

Плотность смеси определяется как сумма плотностей водорода и гелия:

где ρ 1 — плотность водорода.

Однако записанная формула содержит две неизвестные величины — плотности водорода и гелия. Для определения указанных величин требуется еще одно уравнение, в которое входят плотности водорода и гелия.

Запишем закон Дальтона для давления смеси газов:

где p 1 — давление водорода; p 2 — давление гелия.

Для определения давлений газов запишем уравнение состояния в следующей форме:

где R — универсальная газовая постоянная, R ≈ 8,31 Дж/(моль ⋅ К); T — температура смеси; M 1 — молярная масса водорода; M 2 — молярная масса гелия.

Подстановка выражений для давлений водорода и гелия в закон Дальтона дает

p = ρ 1 R T M 1 + ρ 2 R T M 2 .

Получено еще одно уравнение с двумя неизвестными величинами — плотностью водорода и плотностью гелия.

Формулы для расчета плотности и давления смеси образуют систему уравнений:

ρ = ρ 1 + ρ 2 , p = ρ 1 R T M 1 + ρ 2 R T M 2 , >

которую требуется решить относительно плотности гелия.

Для этого выразим плотности водорода из первого и второго уравнений

ρ 1 = ρ − ρ 2 , ρ 1 = M 1 R T ( p − ρ 2 R T M 2 ) >

и приравняем их правые части:

ρ − ρ 2 = M 1 R T ( p − ρ 2 R T M 2 ) .

ρ 2 = M 2 M 2 − M 1 ( ρ − p M 1 R T ) .

Подставим полученное выражение в формулу для вычисления массы гелия

m 2 = M 2 V M 2 − M 1 ( ρ − p M 1 R T )

и произведем расчет:

m 2 = 0,004 ⋅ 4,00 0,004 − 0,002 ( 4,50 − 3,50 ⋅ 10 6 0,002 8,31 ⋅ 300 ) ≈ 13,6 кг.

Масса гелия в указанном объеме смеси составляет 13,6 кг.

Источник

Adblock
detector