Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Задачи на определение массовой, объемной и молярной доли

1.В солнечной атмосфере содержится 82% водорода-1 и 18% гелия-4 (по числу атомов).

Рассчитайте массовую долю атомарного водорода в атмосфере Солнца. (Ответ: 53% водорода)

2.При пропускании 2 л воздуха (н.У.) через склянку с концентрированной серной кислотой масса склянки увеличилась на 0,2 г. Вычислите массовую долю водяных паров в воздухе? (Ответ: 7,7% Н₂О)

3.Найдите молярную концентрацию 30% серной кислоты (плотностью раствора 1,22 г/мл). (Ответ: 3,73 моль/л)

4.Смешали 4 л кислорода и 6 л азота при н.у.. Состав смеси в объемных и массовых долях соответственно равен? (Ответ: 40 и 60%; 43,2 и 56,8%)

5.Плотность по водороду пропан-бутановой смеси равна 23,5. Состав смеси (% объемн.) для пропана и бутана соответственно равны? (Ответ: 78,6 и 21,4)

ТЕМА 2. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ В УРАВНЕНИЯХ РЕАКЦИЙ. (3 часа)

Основные понятия, законы и формулы: закон сохранения массы веществ, закон Авогадро и следствия из него, нормальные условия, идеальный газ, закон Бойля-Мариотта, закон Гей-Люссака, закон Шарля, уравнение Менделеева-Клайперона.

Давление и объем образца газа обратно пропорциональны, т. е. их произведения являются постоянной величиной: pV = const. Это соотношение может быть записано в более удобном для решения задач виде:

p ₁ V ₁ = p ₂ V₂ (закон Бойля-Мариотта).

Представим себе, что 50 л газа (V ₁ ), находящегося под давлением 2 атм (p₁), сжали до объема 25 л (V₂), тогда его новое давление будет равно:

Зависимость свойств идеальных газов от температуры определяется законом Гей-Люссака: объем газа прямо пропорционален его абсолютной температуре (при постоянной массе: V = kT, где k - коэффициент пропорциональности). Это соотношение записывается обычно в более удобной форме для решения задач:

Например, если 100 л газа, находящегося при температуре 300К, нагревают до 400К, не меняя давления, то при более высокой температуре новый объем газа будет равен

Запись объединенного газового закона pV/T= = const может быть преобразована в уравнение Менделеева-Клапейрона:

где R - универсальная газовая постоянная, a - число молей газа.

Уравнение Менделеева-Клапейрона позволяет проводить самые разнообразные вычисления. Например, можно определить число молей газа при давлении 3 атм и температуре 400К, занимающих объем 70 л:

Одно из следствий объединенного газового закона: в равных объемах различных газов при одинаковой температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Это Закон Авогадро (А. Авогадро, 1811)

Следствие из закона Авогадро: один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объем.

В частности, при нормальных условиях, т.е. при 0 С (273К) и
101,3 кПа, объем 1 моля газа, равен 22,4 л. Этот объем называют молярным объемом газа V_m.
Таким образом, при нормальных условиях (н.у.) молярный объем любого газа V_m = 22,4 л/моль.

Закон Авогадро используется в расчетах для газообразных веществ. При пересчете объема газа от нормальных условий к любым иным используется объединенный газовый закон Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

где Р_o, V_o, Т_o - давление, объем газа и температура при нормальных условиях (Р_o = 101,3 кПа, Т_o = 273К).

Если известна масса (m) или количество (n) газа и требуется вычислить его объем, или наоборот, используют уравнение Менделеева - Клапейрона:

PV = n RT,

где  = m/M - отношение массы вещества к его молярной массе,
R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль*К).

Из закона Авогадро вытекает еще одно важное следствие: отношение масс одинаковых объемов двух газов есть величина постоянная для данных газов. Эта постоянная величина называется относительной плотностью газа и обозначается D. Так как молярные объемы всех газов одинаковы (1-е следствие закона Авогадро), то отношение молярных масс любой пары газов также равно этой постоянной:

где М₁ и М₂ - молярные массы двух газообразных веществ.

Величина D определяется экспериментально как отношение масс одинаковых объемов исследуемого газа (М₁) и эталонного газа с известной молекулярной массой (М₂). По величинам D и М₂ можно найти молярную массу исследуемого газа:

M₁ = D  M₂.

Пример 1. Углекислый газ объемом 1 л при нормальных условиях имеет массу 1,977 г. Какой реальный объем занимает моль этого газа (при н. у.)? Ответ поясните.

Решение. Молярная масса М (CO₂) = 44 г/моль, тогда объем моля 44/1,977 = 22,12 (л). Эта величина меньше принятой для идеальных газов (22,4 л). Уменьшение объема связано с возрастанием взаимодействия между молекулами СО₂, т. е. отклонением от идеальности.

Пример 2. Газообразный хлор массой 0,01 г, находящийся в запаянной ампуле объемом 10 см³, нагревают от 0 до 273^oС. Чему равно начальное давление хлора при 0^oС и при 273^oС?

Решение. М_r(Сl₂) =70,9; отсюда 0,01 г хлора соответствует 1,4 10^-4 моль. Объем ампулы равен 0,01 л. Используя уравнение Менделеева-Клапейрона pV=vRT, находим начальное давление хлора (p ₁ ) при 0^oС:

аналогично находим давление хлора (р₂)при 273^oС: р₂ = 0,62 атм.

Пример 3. Чему равен объем, который занимают 10 г оксида углерода (II) при температуре 15^oС и давлении 790 мм рт. ст.?