Создание дизайн-шаблонов; уроки Photoshop, Illustrator, Lightroom, Gimp; обои для рабочего стола; иконки и headers для блогов.
Главная Фотоальбом Обо мне Карта блога
Подпишись на RSS!
Page 2
Page 3
Page 4
Page 5
Page 6

studbooks.net

2. Расчет смеси идеальных газов

Содержание

Объем смеси как найти


Газовые смеси

< Предыдущая СОДЕРЖАНИЕ Следующая >
   

Перейти к загрузке файла

Газовые смеси всегда однородны (гомогенны). Каждый компонент газовой смеси имеет свой парциальный объем (Vi) и парциальное давление (Рi) .

Парциальным называют давление компонента газовой смеси, если бы компонент занимал весь объем газовой смеси, а другие компоненты отсутствовали.

Парциальным объемом называют объем, который занимал бы компонент газовой смеси, если его давление было равно давлению в газовой смеси, а другие компоненты отсутствовали.

Согласно закону Дальтона

Рсмеси = УРi;Vсмеси = УVi.

Состав газообразной смеси чаще всего выражается в объемных или мольных долях. Объемная доля (цi) - есть отношение парциального объема компонента к общему объему газовой смеси, а мольная доля (чi) - отношение количества вещества компонента к общему количеству вещества смеси:

Объемная и мольная доли могут быть выражены в долях единицы или в процентах. Для газовых смесей значения объемной и мольной доли одного и того же компонента равны.

Парциальное давление и объем компонента газовой смеси связаны с общим объемом и давлением следующие соотношениями:

Рi = Рсмеси· цi = Рсмеси· чi

Vi = Vсмеси· цi = Vсмеси· чi.

Парциальное давление и объем связаны с остальными параметрами газовой смеси через уравнение Менделеева-Клапейрона

Рi Vсмеси = ni R T,

Рсмеси·Vi = ni R T.

Средняя молярная масса смеси веществ в любом агрегатном состоянии может быть рассчитана из значений мольных долей составляющих компонентов.

Мсмеси = М1· ч1 + М2· ч2 +…+ Мn· чn или

Мсмеси = УМi· чi,

где Мi - молярная масса i-го компонента смеси, г/моль.

Для газовых смесей вместо мольных долей можно использовать объемные доли

Мсмеси = УМi· цi.

Пример 1: [1]

Смесь оксидов углерода (II) и (IV) массой 48 г занимает объем 33,6 л (при н. у.). Рассчитайте объемы газов в смеси.

Решение:

Способ 1

Определить среднюю молярную массу смеси.

Можно воспользоваться следствием из закона Авогадро:

.

.

Можно рассчитать по уравнению Менделеева-Клапейрона

.

Определить состав смеси в объемных долях.

.

Пусть , тогда .

.

Следовательно , а .

Найти объем каждого компонента газовой смеси

.

.

Способ 2

Пусть в смеси содержится х молей СО и y молей СО2. Выразим объем и массу смеси через введенные переменные и составим систему уравнений

Следовательно:

Часто в инженерных расчетах нужно уметь пересчитывать состав газовой смеси из объемных процентов - в массовые, для этого необходимо рассчитать массу смеси и массу каждого компонента в отдельности.

Пример 2:

Определить массу 10 м3 газовой смеси состава: 21% О2 и 79% N2 при 50°С и 100 кПа.

Решение:

Составы газовых смесей принято рассчитывать в объемных процентах, поэтому можно рассчитывать парциональные объемы кислорода и азота в смеси ().

,

.

Так как условия отличны от нормальных, то нужно найти количество вещества каждого компонента газовой смеси по формуле (3):

,

,

.

Найдем массу каждого компонента газовой смеси, решив ее относительно mi

,

.

Масса газовой смеси равна сумме масс ее компонентов

или .

Пример 3:

Определить металл, 0,54 г которого вытесняют из щелочи 0,743 л водорода, собранного над водой при температуре 17 °С и давлении 744,53 мм рт. ст.

Решение:

В задаче не известен металл, а, следовательно, и его степень окисления в соли, поэтому такую задачу удобно решать, используя закон эквивалентов.

По закону эквивалентов для водорода во всех реакциях , следовательно,

,

но эквивалентный объем водорода изменен при н.у., а в задаче объем газа измерен при t = 17 °С и Ратм = 744,53 мм рт. ст. Кроме этого, в условии задачи сказано, что водород собирали над водой, следовательно, объем вытесненного газа представляет собой газовую смесь Н2 + Н2Опар, поэтому

,

где - давление насыщенного пара воды (см. приложение).

Пользуясь уравнением состояния идеального газа, привести объем водорода к нормальным условиям

,

где , , - давление водорода, объем и температура при н. у.

,, - парциальное давление водорода при температуре Т и в объеме газовой смеси V.

, тогда

.

Для t = 17 °С и =14,53 мм рт. ст. (см. приложение).

.

Рассчитать количество вещества эквивалента водорода.

.

Согласно закону эквивалентов

.

Найти молярную массу эквивалента металла

.

С другой стороны

=·.

Так как валентность металла неизвестна и в условии задачи не хватает данных для ее расчетного определения, то необходимо определить атомную массу металла путем перебора возможных валентностей. При переборе валентность не может быть более 4, а решением будет металл, который обладает амфотерными свойствами. Перебор удобнее представить в виде таблицы.

валентность

1

2

3

4

9

18

27

36

металл

Ве быть не может, т. к. у него нет валентности 1

-

Al Решение задачи, у алюминия есть валентность 3, и он проявляет амфотерные свойства

-

Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 

Главная Математика, химия, физика Основные законы химии и стехиометрические расчеты

< Предыдущая СОДЕРЖАНИЕ Следующая >
   

Перейти к загрузке файла

.

Подставить полученные величины в уравнение для расчета

,

,

,

.

Рассчитать степень превращения

.

В случае, если протекает несколько реакций, выход которых отличен от теоретического, то чтобы найти суммарный выход указанной последовательности реакций, достаточно перемножить выходы каждой стадии, выраженные в долях.

Задачи на определение вещества, находящегося в недостатке

Пример 8:

Определить массы образовавшихся веществ и веществ, оставшихся неизрасходованными после завершения реакции карбоната натрия массой 53,0 г с раствором соляной кислоты массой 200,0 г и концентрацией 20,250%.

Дополнительно рассчитать объём выделившегося углекислого газа, если Р=730 мм рт.ст. а t= 10°С (растворимостью СО2 в растворе пренебречь)

Проверить выполнение закона сохранения массы веществ (закон Ломоносова) составлением материального баланса.

Решение:

Записать уравнение реакции

.

Для решения этой задачи необходимо определить число моль каждого из исходных веществ. Так как масса второго вещества не дана, то найдем ее

.

Найти количество каждого вещества по формуле

,

.

Предположим, что оба вещества взяты в стехиометрических количествах, тогда

,

.

Необходимо проверить правильность предположения, составив пропорцию химической реакции

.

Подставить полученные значения в пропорцию

,

следовательно, предположение неверно. HCl взяли с избытком, а прореагировал полностью, т. е.

, .

Определить массу HCl, оставшегося после реакции

,

где - избыток HCl, моль.

находим из пропорции

,

.

Найти массу оставшегося HCl

.

Определить количество образовавшегося СО2

.

Так как по условию задачи в исходных веществах СО2 не было, то

.

Определить

,

Так как давление дано в мм рт.ст., то удобно использовать , тогда переводя температуру в градусы Кельвина получим

.

Определить массу образовавшегося СО2

.

Определить количество Н2О, образовавшегося в ходе реакции

.

Найти массу образовавшейся воды

.

Так как в реакции использовался водный раствор HCl, то масса воды после реакции составит

,

где - масса воды после реакции, г;

- масса воды в растворе HCl, г.

,

тогда .

Определить количество образовавшегося NaCl в ходе реакции

.

Так как по условию задачи в исходных веществах NaCl не было, то

.

Масса NaCl

.

Проверить правильность решения задачи можно с помощью материального баланса, который иллюстрирует закон Ломоносова.

Материальный баланс

Задано

Получено

Вещество

Масса, г

Вещество

Масса, г

1 Na2CO3

2 Раствор НCl

53

200

1 HCl

2 CO2

3 h3O

4 NaCl

4,015

22,0

168,50

58,50

Итого

253

Итого

253,015

Невязка баланса составит

.

Невязка баланса (в долях) не должна быть больше точности округления. В данном случае точность округления 0,001, невязка баланса 6·10-5.При отсутствии в расчётах округления в соответствии с законом Ломоносова невязка равна 0. Большая величина невязки свидетельствует об ошибке в расчётах.

Задачи, в которых участвуют сплавы или смеси веществ

При решении таких задач необходимо придерживаться следующих рекомендаций.

IНаписать уравнения реакций всех компонентов смеси, особо отметить компоненты, которые не вступают в реакцию.

IIВсе расчеты рекомендуется проводить, используя мольные величины.

IIIЕсли условия задачи сформулировать таким образом, что расчет можно вести более чем по одному реагенту, то необходимо проверить, не находится ли одно из веществ в избытке.

Пример 9:

На сплав меди и цинка массой 2,5 г подействовали избытком раствора соляной кислоты. Выделилось 0,224 литра водорода (н.у.). Определить состав сплава в массовых процентах.

Решение:

1Записать реакции взаимодействия компонентов сплава с соляной кислотой.

,

реакция не пойдет, так как с неокислительными кислотами могут реагировать только металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода.

2Определить количество выделившегося водорода

.

3Используя пропорцию химической реакции, рассчитать количество прореагировавшего цинка.

,

так как по условию задачи водорода до реакции в системе не было, то

.

.

По условию задачи сказано, что кислота взята в избытке, значит

.

4Определим массу цинка в сплаве.

.

5 определить состав сплава.

.

.

Пример 10:

Сплав алюминия и лития массой 2,770 г растворили в избытке соляной кислоты. При этом выделилось 3,472 л водорода (н.у.). Определить состав сплава в массовых долях.

Решение:

1. Записать уравнения реакций всех компонентов сплава с соляной кислотой

,

.

Как видим из уравнений реакций объем выделившегося водорода зависит от количества вещества в сплаве как алюминия, так и лития, поэтому примем количество вещества алюминия за х молей, а лития - у молей.

2. Выразить через х и у массу сплава.

,

,

,

.

3Выразить через х и у количество выделившегося водорода.

.

Согласно пропорции химической реакции взаимодействия алюминия с соляной кислотой

.

моль, так как по условию задачи кислота взята в избытке и сплав полностью прореагировал, тогда

моль.

Согласно пропорции химической реакции взаимодействия лития с соляной кислотой

.

моль

Общее количество водорода, выделившегося при растворении сплава, складывается из количеств вещества водорода, которые образовались в реакции взаимодействия соляной кислоты с каждым из компонентов сплава

,

.

4. Составить и решить систему уравнений

,

,

,

.

5 Определить массы компонентов сплава

,

.

6. Рассчитать состав сплава

,

.

Пример 11: [2]

Образец смеси нитратов свинца (II) и ртути (II) прокалили. Плотность по водороду образовавшейся газовой смеси 21,5. Во сколько раз уменьшилась масса образца?

Решение:

1. Записать реакции, происходящие с компонентами смеси

,

.

Твердый остаток составляют PbО и Hg, а газовую смесь образуют NO2 и О2, выделяющиеся по обоим реакциям.

2. Пусть количество вещества в смеси - х молей, а - у молей.

3. Выразить количества вещества продуктов через х и у, используя пропорцию химической реакции.

.

По условию задачи полностью разложится, поэтому .

моль,

моль,

моль.

Для второй реакции

,

моль,

,

,

.

4. Определить молярную массу газовой смеси

.

5. Выразить через х и у.

,

,

.

,

,

,

.

,

.

,

,

,

.

6. Выразить через х и у массу исходной смеси

,

,

,

.

7. Выразить через х и у массу остатка

,

,

,

.

8. Интересующее нас соотношение будет

.

Подставить значение х из пятого действия х = 10у.

.

Масса смеси уменьшится в полтора раза.

5. Вывод формул химических соединений

Для установления истинности формулы в задаче могут присутствовать дополнительные сведения различного характера. Чаще всего это молярная масса вещества (в явной или неявной форме) и/или описание превращений, в которые оно вступает.

Пример: 12

При сгорании 0,88 г некоторого органического соединения образовалось 0,896 л углекислого газа и 0,72 г воды. Плотность пара данного соединения по водороду 44. Какова истинная формула органического соединения?

Решение:

Прежде всего, уточним, из каких элементов состоит молекула исследуемого вещества. Поскольку в продуктах горения содержится и , то сделаем вывод, что сгоревшее вещество содержит углерод и водород. Найдем их количество.

22,4 л образуется из 12 г

0,896 л --Ї

= 0,48 г

18 г образуется из 2 г

0,72 г --Ї

= 0,08 г

Выясним, содержится ли в исследуемом веществе кислород.

Сложим найденные массы водорода и углерода

0,48 + 0,08 = 0,56 г и сопоставим с исходной массой сгоревшего вещества = 0,88 г. Так как , то вещество содержит кислород

г.

Найдем простейшую формулу в виде

Простейшая формула .

Истинную формулу будем искать в виде .

.

г/моль.

Истинную мольную массу найдем, используя относительную плотность органического соединения по водороду. Относительная плотность одного газа (А) по другому (В) находится по формуле.

,

следовательно,

,

где 2 - мольная масса водорода, г/моль;

- относительная плотность органического соединения по водороду.

= 44·2=88 г/моль

Тогда n= 88/44=2, следовательно, истинная формула вещества: (C2h5O)2 или C4H8O2

Пример 13

Задача А.И. Жирова (9-3) IV этап ВОШ по Химии 2004 г.

В таблице приведены составы четырех бинарных соединений, имеющих одинаковый качественный состав.

Состав Соединение

I

93,10

6,90

II

87,08

12,92

III

83,49

16,51

IV

81,80

18,20

1. Определите качественный состав соединений (А, В).

2. Определите состав соединений I-IV (формулы).

1. Анализ условия задачи

В условии сказано, что все соединения состоят из двух одинаковых элементов. Так как , можно предположить, что , следовательно, А скорее всего неметалл, находящийся во 2-ом периоде, либо - водород, поэтому их формулы можно представить в виде:

IВxА

IIВyА

IIIВzА

IVВwА

Таким образом, А - обязательно неметалл, а В может быть как металлом, так и неметаллом.

2. Нахождение коэффициентов х, у, z, w

Для их нахождения воспользуемся законом кратных отношений: «Если два элемента могут образовывать между собой несколько соединений, то массовые доли любого из элементов в этих соединениях отнесённые к массовой доли другого относятся как небольшие целые числа».

.

Разделим на наибольшее число 13,49, так как в реальных соединениях количество В не одинаковое, а увеличивается от первого соединения к четвертому.

или

.

3. Определение атомной массы элемента В

Определение элемента В будем производить перебором возможных неметаллов А. Их немного. Это Н, F, имеющие валентность 1, и О, имеющий валентность 2. Остальные неметаллы второго периода не могут образовывать более двух соединений с одним элементом.

Рассмотрим одновалентные неметаллы, для них формулы соединений примут вид:

IВА

IIВ0,5А или BА2

IIIВ3/8А или В3А8

IVВ1/3А или BА3.

Рассчитаем атомную массу элемента В , используя данные для I-го соединения.

Если А - «Н», тогда

АВ = 13,49·АН = 13,49·1 = 13,49, так как

,

,

.

Такого элемента нет.

Если А - «F», тогда

АВ = 13,49·19 = 256,31 - такого элемента нет.

Рассмотрим двухвалентный неметалл - кислород. Для него формулы соединений примут вид.

IВ2А

IIBА

IIIВ3А4

IVВ2А3, так как для двухвалентного кислорода соединения будут иметь вид В2Аn, отсюда следует, что В2Аn = В2·1/nА.

Рассмотрим атомную массу элемента В, исходя из данных для II-го соединения

АВ = 6,74·16 = 107,84 - это Ag (серебро).

Ответ IAg2O

IIAgO

IIIAg3O4

IVAg2O3.

Пример 14

Задача (9-1) А.И. Жирова 2004 г. IV этап ВОШ по Химии

Минерал муассанит был назван в честь французского химика Анри Муассана. Муассанит обладает высокой химической устойчивостью к большинству химических реагентов и имеет высокий коэффициент преломления. В современных ювелирных изделиях вставки ограненного муассанита заменяют бриллианты. «… Но путем сплавления с едкими щелочами в серебряном тигле переведение в раствор легко удаляется…» (F. Tredwell, «Курс аналитической химии» т. 1, стр. 319, Одесса, 1904.)

Навеску 1,000 г тонкоизмельченного муассанита сплавили в серебряном тигле с 7,0 г моногидрата гидроксида натрия. Полученный плав полностью растворили в 50 мл воды. При осторожном добавлении к полученному раствору 30 мл 20%-ного раствора соляной кислоты (плотность 1,1 г/см3) выделилось 0,56 л (н.у.) газа, плотность которого по воздуху составляет 1,52, и выпал белый осадок. Осадок был отделен фильтрованием, промыт дистиллированной водой и прокален при 900 °С. Его масса после прокаливания составила 1,500 г. Весь фильтрат был упарен досуха, масса сухого остатка составила 7,05 г.

1. определите состав муассанита (формула).

2. Напишите уравнение реакции перевода муассанита в растворимое состояние (сплавление с щелочами). Какие газообразные продукты могут выделяться при этой реакции?

3. Почему на Ваш взгляд для сплавления удобнее использовать моногидрат гидроксида натрия?

4. Напишите уравнения реакций, происходящих при добавлении кислоты к анализируемому раствору.

5. Напишите уравнения реакций получения синтетического аналога муассанита в лабораторных условиях.

Решение:

1. Анализ условия задачи

Так как минерал муассанит не растворятся при обычных условиях ни в кислотах, ни в щелочах, а перевод его в раствор возможен только после сплавления с щелочью, можно предположить, что он образован либо только из неметаллов, либо из амфотерного металла, образующего катион. Представим химическую формулу минерала АхВу. Схему анализа представим в виде

АхВу + NaOH·h3O > ПЛАВ + Н2О > Раствор без осадка

и газовыделения + HCl > газ осадок + раствор прокаленный осадок + сухой остаток

2. Рассчитаем молярную массу и количество выделившегося газа.

Dвозд = 1,52 Мгаза = 1,52·29 = 44,08 г/моль

.

Газы, имеющие молярную массу 44 г/моль, это СО2, N2O, C3H8, Ch4COH. Из этих газов наиболее подходит СО2, так как из щелочных плавов действием HCl можно выделить только СО2.

3. Определим вещество в избытке в реакции плава с раствором HCl.

3.1 Рассчитаем количество молей моногидрата гидроксида натрия

.

3.2 Рассчитаем количество молей добавленной кислоты

.

.

Предположим, что сухой остаток состоит только из NaCl, тогда

,

как видим = , отсюда следует, что весь сухой остаток состоит только из NaCl, следовательно, элементы, образовавшие минерал перешли в газ СО2 и осадок.

При сплавлении минерала со щелочью последняя всегда берется в избытке, иначе сплав полностью не растворится в воде, поэтому элементы, образовавшие минерал перешли в анионы солей натрия. Для образования 0,12 молей NaCl достаточно было 0,12 молей НCl, следовательно, НCl была взята в избытке, поэтому весь углерод, содержащийся в минерале выделился в виде СО2.

4. Определение качественного и количественного состава минерала

В минерале не может быть аниона СО32-, так как карбонаты хорошо растворяются в кислотах, поэтому будем расчет вести по углероду.

Предположим, что в анионе минерала один атом углерода, тогда 1 г минерала содержит 0,025 моль соединения

.

Как видим, < , что еще раз подтверждает, что минерал не относится к классу карбонатов. При такой маленькой молярной массе, анионом может быть только С4-, тогда х·МА = 40-12 = 28. Если х = 1, тогда А - Si, если х = 2,А - N. Азот отпадает, так как нет соединения СN2, поэтому скорее всего А - это Si, а муассанит имеет формулу SiС.

Проверим это предположение, получив формулу осадка

- это SiО2.

Действительно, по реакциям получается SiО2:

SiС + 4 NaOH·h3O = Na2SiO3 + Na2CO3 + 2h3O + 4h3

h3O + Na2SiO3 + 2HCl > 2NaCl + h5SiO4

(n-2)h3O + h5SiO4 > SiО2·nh3Ov

SiО2·nh3O SiО2 + h3O^

Na2CO3 + 2HCl > 2NaCl + СО2 + h3O.

6. Стандартные многовариантные задачи

1. Определить молярную массу эквивалента металла, … граммов которого вытесняют из кислоты … водорода, собранного над водой при температуре … °С и добавлении … (Давление насыщенных паров воды см. в приложении). Численные данные для всех вариантов предложены в табл. 1.

2. На окисление … граммов А (…) затрачено … мл (л) кислорода, измеренного при нормальных условиях. Определить молярную массу эквивалента элемента (А), процентный состав образовавшегося оксида, его формулу и с помощью химических реакций показать его кислотно-основной характер. Численные данные для всех вариантов предложены в табл. 2.

3. Определить массу 1 м3 газовой смеси указанного состава при следующих условиях. Численные данные для всех вариантов предложены в табл. 3.

4. Каково содержание основного минерала А в концентрате, если при реакции (…) концентрата с веществом В, выделился газ D объемом (…) (н.у.). Численные данные для всех вариантов предложены в табл. 4.

5. Определить массы и объемы (для газообразных веществ) после завершения реакции (…) вещества А с (…) вещества В (…).Численные данные для всех вариантов предложены в табл. 5.

6. Смесь (…) граммов, состоящую из вещества А и В (…), обработали избытком соляной кислоты. При этом выделилось (…) литров водорода, измеренного при н.у. Определить массовую долю каждого компонента смеси. Численные данные для всех вариантов предложены в табл. 6.

7. При сжигании (…) образовалось (…) воды и (…) углекислого газа (н. у.). Найти истинную формулу органического соединения, если относительная плотность его пара равна (…). Численные данные для всех вариантов предложены в табл. 7.

Таблица 1

Численные данные к задаче 1

Вариант

Масса металла, г

Объем водорода, л

Температура, °С

Давление

1

5,4000

7,70000

27,0

756,7 мм рт ст.

2

0,5840

0,21900

17,0

754,5 мм рт ст.

3

0,5000

0,18450

21,0

1,0 атм.

4

0,1830

0,18270

20,0

767,5 мм рт ст.

5

1,1500

0,62300

20,0

751,5 мм рт ст.

6

0,0600

0,06050

14,0

752 мм рт ст.

7

2,7900

0,62300

20,0

751,5 мм рт ст.

8

11,1700

7,70000

27,0

756,5 мм рт ст.

9

0,6500

0,25400

29,0

1,0 атм.

10

0,2700

0,38500

27,0

756,7 мм рт ст.

11

0,5870

0,25400

29,0

1,0 атм.

12

0,1200

0,12100

14,0

0,99 атм.

13

0,4600

0,24900

20,0

0,99 атм.

14

0,2500

0,09225

21,0

1,0 атм.

15

0,2046

0,27400

19,0

771,5 мм рт ст.

16

1,1100

0,40420

19,0

770 мм рт ст.

17

0,3470

0,18000

15,0

0,85 атм.

18

0,0750

0,02850

22,0

745 мм рт ст.

19

0,0230

0,03230

19,5

763 мм рт ст.

20

0,1110

0,04042

19,0

1,01 атм.

21

0,5400

0,77000

27,0

0,96 атм.

22

0,2500

0,09225

21,0

760 мм рт ст.

23

0,2400

0,24200

14,0

753 мм рт ст.

24

1,0000

0,36900

21,0

760 мм рт ст.

25

0,6000

0,06050

14,0

0,9 атм.

1. На смесь, состоящую из карбида кальция и карбоната кальция, подействовали избытком соляной кислоты, в результате чего были получены смесь газов с плотностью по воздуху 1,27 и раствор, при выпаривании которого образовался твердый остаток массой 55,5 г. Определить массу исходной смеси и массовые доли веществ в ней.

2. На смесь, состоящую из карбида кальция и карбида алюминия, подействовали избытком воды, в результате чего была получена смесь газов с плотностью по аммиаку 1,0. После выпаривания полученного раствора был получен осадок, при прокаливании которого образовался твердый остаток массой 66,8 г. Определите массу исходной смеси и массовые доли веществ ней.

3. При прокаливании смеси массой 41 г, состоящей из ацетата натрия и избытка гидроксида натрия, выделился газ, прореагировавший при освещении с хлором. В результате последней реакции образовалось 11,95 г трихлорметана (хлороформа). Выход хлороформа составил 40 % от теоретического. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси.

4. При прокаливании смеси нитратов железа (II) и ртути образовалась газовая смесь, которая на 10 % тяжелее аргона. Во сколько раз уменьшилась масса твердой смеси после прокаливания?

5. При прокаливании смеси нитратов железа (II) и железа (III) образовалась газовая смесь, которая на 9 % тяжелее аргона. Во сколько раз уменьшилась масса твердой смеси после прокаливания?

6. Для растворения 1,26 г сплава магния с алюминием использовано 35 мл раствора серной кислоты (массовая доля 19,6 %, плотность 1,14). Избыток кислоты вступил в реакцию с 28,6 мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией 1,4 моль/л. Вычислите массовые доли металлов в сплаве и объем газа (при н.у.), выделившегося при растворения сплава.

7. Образец расплава серебра с медью, массой 3,54 г, плотностью растворен в 23,9 мл раствора азотной кислоты (массовая доля кислоты 31,5 %, плотность раствора 1,17). Для нейтрализации избытка азотной кислоты потребовалось 14,3 мл раствора гидроксида бария с концентрацией 1,4 моль/л. Вычислите массовые доли металлов в сплаве и объем газа (при н.у.), выделившегося при растворении сплава.

8. Смесь железных и цинковых опилок, массой 2,51 г, обработали 30,7 мл раствора серной кислоты (массовая доля кислоты 19,6 %, плотность раствора 1,14). Для нейтрализации избытка кислоты потребовалось 25 мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией 2,4 моль/л. Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси и объем газа (при н.у.), выделившегося при растворении металлов.

9. Смесь сульфата бария и углерода, массой 30 г, прокалили без доступа кислорода при температуре 1200 °С. Полученный после прокаливания продукт обработали избытком соляной кислоты. Масса нерастворившегося осадка составила 1,9 г. Запишите уравнения соответствующих реакций и определите массовые доли веществ в исходной смеси.

10. Рассчитайте массовые доли компонентов смеси, состоящей из гидрокарбоаната аммония, карбоната кальция и гирфосфата аммония, если известно, что из 62,2 г этой смеси получили 17,6 г оксида углерода (IV) и 10,2 г газообразного аммиака.

11. Смесь двух газов, один из которых легче воздуха, пропущена последовательно через трубки, заполненные оксидом меди (II) (при 400 °С), оксидом фосфора (V) и твердым гидроксидом калия, нанесенными на инертный носитель и взятыми в избытке. Масса первой трубки уменьшилась на 0,192 г, а массы второй и третьей трубок возросли, соответственно, на 0,144 г и 0,088 г. После пропускания газов через трубки было получено 23,4 мл газообразного вещества, измеренного при температуре 17 °С и давлении 103 кПа. Установите объем исходной газовой смеси (при н.у.) и массовые доли газов в ней, если известно, что масса смеси составляла 0,068 г.

12. Имеется смесь азота и кислорода, которая легче воздуха. После пропускания через смесь электрического разряда при нагревании образовался оксид азота (IV) с выходом 60%, в результате чего смесь стала тяжелее воздуха. Определите области возможных объемных концентраций азота в исходной и конечной смесях.

13. Имеется смесь оксида углерода (II) и хлора, которая на 20% легче оксида серы (IV). После пропускания смеси над нагретым катализатором образовался фосген, в результате чего смесь стала тяжелее оксида серы (IV) при тех же условиях. Рассчитайте область допустимых значений для выхода реакции.

14. Уксусную кислоту массой 4,20 г поместили в сосуд объемом 5,70 л и нагрели до температуры 210°С. Давление паров при этом составило 28,2 кПа. Определите число молекул димера уксусной кислоты в газовой фазе.

15. К 40 л смеси, состоящей из азота и аммиака, добавили 20 л хлороводорода, после чего плотность газовой смеси по воздуху стала равной 0,871. Вычислите объемные доли газов в исходной смеси.

16. Имеется смесь паров бензола и водорода, которая на 10 % легче неона. После пропускания смеси над нагретым до300 °С катализатором образовался циклогексан, в результате чего плотность смеси стала больше плотности неона при тех же условиях. Рассчитайте область допустимых значений для выхода реакции.

Задачи на выход и степень превращения

17. Имеется смесь азота и водорода, которая легче гелия. После пропускания смеси над нагретым катализатором образовался аммиак с выходом 60%, в результате чего смесь стала тяжелее гелия. Определите области возможных объемных концентраций азота в исходной и конечной смесях.

18. Плотность по пропану газовой смеси, состоящей из этилена и паров воды, до пропускания через контактный аппарат для синтеза этанола была равна 0,5, а после пропускания стала равна 0,6. Определите объемную долю паров в реакционной смеси и процент превращения этилена в этанол.

Задачи на избыток и недостаток

19. К 200 г 5,0%-ного раствора хлорида кальция добавили12,7 г карбоната натрия. Через образовавшуюся смесь пропустили при перемешивании 1,12 л углекислого газа (н.у.). Определите массу полученного осадка и массовые доли веществ в образовавшемся растворе.

20. К 200 г 10,6%-ного раствора нитрата стронция добавили 16,5 г сульфида калия. Через образовавшуюся смесь пропустили при перемешивании 2,24 л сероводорода (н.у.). Определите массу полученного осадка и массовые доли веществ в образовавшемся растворе.

21. (хим. ф-т МГУ, 1990). Образец вещества массой 1,8 г в реакции с избытком калия при комнатной температуре дает 489 мл водорода (измерено при 298 К и 101,3 кПа). При сожжении 67,5 мг того же вещества получили 99 мг оксида углерода (IV) и 40,5 мг воды. При полном испарении образца этого вещества массой2,25 г его пары занимают объем 0,97 л при 473 К и давлении101,3 кПа. Определите формулу вещества и приведите возможные структурные формулы всех его изомеров, отвечающих условиям задачи.

22. (олимпиада «Ломоносов-2007»). При термическом разложении 14,4 г неорганического вещества образовалось 10,08 л смеси газов (в пересчете на н.у.), имеющей плотность по гелию 6,5. После пропускания смеси над твердым оксидом кальция объем газа уменьшился в 1,5 раза. Оставшееся газообразное вещество легче воздуха. В определенных условиях оно реагирует с калием, образуя ионное соединение, содержащее 70,9 % калия по массе. Установите формулы всех перечисленных веществ и напишите уравнения всех реакций.

23. (олимпиада «Ломоносов-2007»). Массовая доля углерода в неизвестном углеводороде Х равна 94,12 %. Этот углеводород, обладающий слабыми кислотными свойствами, способен образовывать соль Y, в которой массовая доля металла составляет 76,60 %. Определите структурные формулы веществ Х и Y. Напишите уравнение превращения Х в Y и уравнение полной каталитической гидратации Х.

24. (олимпиада «Ломоносов-2007). При термическом разложении 18,0 г органического вещества образовалось 8,96 л смеси газов (в пересчете на н. у.), имеющей плотность по водороду 18,0. После пропускания смеси через известковую воду объем газа уменьшился вдвое. Оставшееся газообразное вещество легче воздуха. При нагревании оно реагирует с железом, образуя летучее соединение, содержащее 28,6 % железа по массе. Установите формулы всех перечисленных веществ и напишите уравнения всех реакций.

25. (41 Международная Менделеевская олимпиада). При обжиге на воздухе 100 мг вещества Х образуется 25,7 мл (н.у.) газа В1 и твердое вещество А1 массой 100 мг. Х кристаллизуется в трех модификациях, изоструктурных вюртциту (гексагональный ZnS), сфалериту (кубический ZnS) и каменной соли (NaСl) соответственно. Некоторые превращения с участием Х (любой из его модификаций) представлены на схеме:

Взаимодействие А1 и В1 протекает с образованием только Y и Z, соотношение которых в конечной смеси зависит от условий проведения реакции. Анион Y имеет более сложное строение, чем анион Z. Чтобы избавиться от последнего, смесь Y и Z можно обработать солью бария, при этом выпадает белый осадок, нерастворимый в кислотах, что служит для аналитического определения аниона Z.

Любое из соединений на схеме содержит не более трех элементов в своем составе. Элементы А и В, содержащиеся в Х - Z, образуют соединения А1 и В1 - В5 соответственно. Состав анионов Y, В2, В4 и В5 отличается только числом атомов кислорода.

1. Определите состав неизвестных соединений, представленных на схеме.

2. Напишите уравнение реакций, приведенных на схеме.

3. Изобразите строение анионов Y, В2, В4, В5 и ионов, содержащих такое же число атомов В, но большое число атомов кислорода.

Перейти к загрузке файла

1. Батаева Е.В., Каркешкин М.А. пособие по курсу «Решение задач». Газовые законы. Выход реакции. - М.: отделение «Химия» ОЛ ВЗМШ, 2006 - 19 с.

2. Батаева Е.В. Пособие по решению задач. Курс общая химия. Части 5 и 6 - М.: отделение «Химия» ОЛ ВЗМШ, 2001 -15 с.

3. Сборник конкурсных задач по химии Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин, С.С. Чуранов - М.: «Экзамен», 2006 - 576 с.

4. Вступительные зкзамены и олимпиады по химии в Московском университете: 2007/Под общей редакцией проф. Н.Е. Кузьменко и проф. В.И. Теренина.- М.: Изд-во Моск. ун-та, 2008.-106 с.

 

1. Задание к выполнению курсовой работы………………………………………

3

2. Расчет смеси идеальных газов…………………………………………………..

5

2.1. Определение объемного состава смеси…………………………………..

5

2.2. Газовые постоянные компонентов и смеси………………………………

6

2.3. Кажущаяся молекулярная масса смеси…………………………………...

6

2.4. Масса и парциальные давления компонентов смеси по параметрам газа в начальной точке расширения газа в двигателе………………………..

7

2.5. Плотность и удельный объем компонентов смеси при расчетных и нормальных условиях…………………………………………………………..

7

2.6 Истинные теплоемкости смеси (массовые, мольные и объемные) при постоянном давлении и объеме………………………………………………..

9

2.7 Средняя теплоемкость смеси и(массовая, мольная и объемная) в процессе росширения газа в цикле двигателя (процесс 3–4)………………...

11

3. Расчет и термодинамический анализ цикла газового двигателя……………...

15

3.1 Определение параметров цикла P, v, T, u, h в узловых точках цикла.....

15

3.2 Определение значений c, ,,q, l для каждого процесса цикла…….

16

3.3 Расчет работы цикла, термического КПД, и среднеидикаторного давления................................................................................................................

18

3.4 Среднеинтегральные температуры процессов. Потери работоспособ-ности……………………………………………………………………………..

18

3.5 Изображение цикла в P–v и T–s тепловых диаграммах………………….

19

3.6 Оптимизация цикла двигателя…………………………………………….

19

4. Расчет цикла и термодинамический анализ паросиловой установки………..

20

5. Список литературы………………………………………………………………

26

Смесь газов имеет массовый состав: N2 – 72 %, СО – 2 %, CO2 – 17 %, h3O – 9 %.

Определить:

а) объемный состав смеси;

б) газовую постоянную компонентов и смеси;

в) кажущийся молекулярный вес смеси;

г) парциальные давления компонентов смеси в точке цикла 3;

д) плотность и удельный объем компонентов и смеси при заданных и нормальных физических условиях;

е) истинные теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую при p = const и v = const) для заданной температуры;

ж) средние теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую).

2.1 Определение объемного состава смеси

Объемные доли компонентов смеси ri связаны с массовыми gi зависимостью:

,

где µi – молесулярные массы компонентов смеси.

Зная, что

µN2 = 0,028 моль/кг; µCO = 0,028 моль/кг;

µСО2 = 0,044 моль/кг; µН2О = 0,018 моль/кг.

(0,72/0,028)+(0,02/0,028)+(0,17/0,044)+(0,09/0,018)=35,292 .

Отсюда:

;

;

;

.

2.2 Газовые постоянные компонентов и смеси

Газовые постоянные компонентов смеси рассчитываются по зависимости:

,

где 8314 – универсальная газовая постоянная.

Тогда:

8314/0,028 = 297 ;

8314/0,028 = 297 ;

8314/0,044 = 189 ;

8314/0,018 = 462 .

Газовая постоянная смеси определяется как:

,

Таким образом получим:

297·0,72+297·0,02+189·0,17+462·0,09 = 293 .

2.3 Кажущаяся молекулярная масса смеси

Кажущаяся молекулярная масса смеси определяется по выражению:

,

0,7286·0,028+0,0202·0,028+0,1095·0,044+0,1417·0,018 = 29,06 .

2.4 Масса и парциальные давления компонентов смеси по параметрам газа в начальной точке расширения газа в двигателе

Начальная точка расширения газа – точка 3.

Определим значение через начальные параметры состояния в заданном цикле.

Для процесса 1–2: , т.е.

или .

Для процесса 2–3: , откуда.

120 000·61,3·4 = 4 929 897 Па

Тогда парциальные давления компонентов смеси:

4 929 897·0,7286 = 3 591 923 Па;

4 929 897·0,0202 = 99 584 Па;

4 929 897·0,1095 = 539 824 Па;

4 929 897·0,1417 = 698 566 Па.

2.5 Плотность и удельный объем компонентов смеси при расчетных и нормальных условиях.

Удельный объем компонентов смеси можно определить из выражения:

.

.

При нормальных условиях

(293·273)/101300 = 0,7924 .

Таким образом, удельный объем компонентов смеси при нормальных условиях:

0,7286·0,7924 = 0,5773 ;

0,0202·0,7924 = 0,0160 ;

0,1095·0,7924 = 0,0868 ;

0,1417·0,7924 = 0,1123 .

Плотность компонентов смеси при нормальных условиях:

.

Тогда:

0,72/0,5773 = 1,247 ;

0,02/0,016 = 1,250 ;

0,17/0,0868 = 1,959 ;

0,09/0,1123 = 0,801

Плотность газовой смеси при нормальных условиях:

0,7286·1,247+0,0202·1,25+0,1095·1,959+0,1417·0,801 = 1,262

Определяем через начальные параметры состояния в заданном цикле:

; ;;;.

293·303/(120000·6) = 0,1233 .

При расчетных условиях удельные объемы компонентов смеси:

0,7286·0,1233 = 0,0898 ;

0,0202·0,1233 = 0,0025 ;

0,1095·0,1233 = 0,0135 ;

0,1417·0,1233 = 0,0175 .

При расчетных условиях плотности компонентов смеси:

0,072/0,0898 = 8,018 ;

0,02/0,0025 = 8,000 ;

0,17/0,0135 = 12,593 ;

0,09/0,0175 = 5,143 .

Плотность смеси при расчетных условиях составит:

.

Тогда:

0,7286·8,018+0,0202·8+0,1095·12,593+0,1417·5,143 = 8,111 .

2.6 Истинные теплоемкости смеси (массовые, мольные и объемные) при постоянном давлении и объеме.

В точке 3:

4 929 897·0,1233/293 = 2075 К (1802 ºC).

Истинная мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:

32,7466+0,001652·2075 = 35,723 ;

33,6991+0,0013406·2075 = 36,115 ;

56,8768+0,002174·2075 = 60,794 ;

40,2393+0,005985·2075 = 51,025 .

Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :

35,723·0,7286+36,115·0,202+60,115·0,1095+51,025·0,1417 = 40,644 .

Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :

;

.

Тогда:

40,644–28,3·293 = 32,352 .

Истинная массовая теплоемкость:

при

40,644/28,3 = 1,4362 ;

при

=32,352/28,3 = 1,1432 .

Истинная объемная теплоемкость:

при

40,644/22,4 = 1,814 ;

при

32,352/22,4 .

2.7 Средняя теплоемкость смеси и(массовая, мольная и объемная) в процессе росширения газа в цикле двигателя (процесс 3–4).

Для определения средних теплоемкостей процесса, необходимо рассчитать теплоемкости смеси в начальной и конечной точках процесса.

Точка 3:

2075 К (1802 ºC).

Средняя мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:

29,7815+0,0016835·2075 = 29,782 ;

30,4242+0,0015579·2075 = 33,232 ;

48,4534+0,0030032·2075 = 53,865 ;

34,5118+0,0045979·2075 = 42,797 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

,

29,782·0,7286+33,232·0,0202+53,865·0,1095+42,797·0,1417 = 34,333 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

;

.

34,333–28,3·293 = 26,041 .

Средняя массовая теплоемкость смеси при :

34,333/28,3 = 1,2132 ;

при

26,041/28,3 = 0,9202 .

Средняя объемная теплоемкость смеси:

при

34,333/22,4 = 1,533

при

26,041/22,4 = 1,163 .

Точка 4:

; ;

;

;

; 1374 К (1101 ºC).

Средняя мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:

29,7815+0,0016835·1374 = 31,631 ;

30,4242+0,0015579·1374 = 32,139 ;

48,4534+0,0030032·1374 = 50,044 ;

34,5118+0,0045979·1374 = 39,576 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

31,631·0,7286+32,139·0,0202+50,044·0,1095+39,576·0,1417 = 34,783 .

при

;

;

34,783–28,3·293 = 26,491 .

Средняя массовая теплоемкость смеси:

при

34,783/28,3 = 1,229 ;

при

26,491/28,3 = 0,936 .

Средняя объемная теплоемкость:

при

34,783/22,4 = 1,553 ;

при

26,491/22,4 = 1,183 .

Средняя мольная теплоемкость процесса 3–4:

при

,

;

при

.

Средняя массовая теплоемкость процесса 3–4:

33,626/28,3 = 1,188 ;

25,334/28,3 = 0,895.

Средняя объемная теплоемкость процесса 3–4:

33,626/22,4 = 1,501 ;

25,334/22,4 = 1,131 .

3. РАСЧЕТ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цикл поршневого двигателя имеет следующие характеристики: =30°C и давление 120 000 Па. Принимается за рабочее тело воздух для процесса 1–2. (1,004,0,716,R=287 Дж/(кг град)), требуется:

  1. определить параметры цикла p, v, t, u, s, i для основных точек цикла;

  2. определить с, ,q, l для каждого процесса входящего в цикл;

  3. найти работу цикла, термический КПД и среднее индикаторное давление;

  4. определить среднеинтегральные температуры процессов;

  5. изобразить цикл на T–s диаграмме.

studfiles.net

Как найти плотность смеси

Вам понадобится

Инструкция

Для измерения плотности жидкой смеси возьмите ареометр. Погрузите его в жидкость, чтобы он свободно плавал в ней. В верхней части ареометра находится шкала. Определите плотность смеси, совмещая шкалу с нижним краем мениска жидкости, в которую он погружен. Для расчета плотности смеси взвесьте ее на весах. Значение массы m получите в граммах. С помощью мерного цилиндра, или другим способом, определите объем взвешенного количества смеси V. Измерение произведите в см³. Рассчитайте плотность смеси, поделив ее массу на объем, ρ=m/V. Результат получите в г/см³. Чтобы перевести его в кг/м³, результат умножьте на 1000.

ПримерПри переплавке двух металлов получили 400 г сплава, объемом 50 см³. Определите его плотность. Рассчитайте значение плотности по формуле ρ=400/50=8 г/ см³ или 8000 кг/м³.

Если известны плотности веществ, которые будут смешиваться, и их объемы, как это часто встречается при смешивании жидкостей, рассчитайте плотность получившейся смеси. Измерьте объем смеси. Он может несколько отличаться от суммарного объема смешиваемых жидкостей. Например, при смешивании 1 литра спирта и 1 литра воды объем смеси окажется меньше 2-х литров. Это связанно с особенностями строения молекул этих двух жидкостей.

Если плотности смешиваемых жидкостей неизвестны, найдите их значение в специальной таблице. Для расчета найдите сумму произведений плотности каждой из жидкостей на ее объем ρ1∙V1+ ρ2∙V2+ ρ3∙V3+… и т.д. Полученное значение поделите на общий объем смеси V, ρ=(ρ1∙V1+ ρ2∙V2+ ρ3∙V3+…)/V.

ПримерПри смешивании 1 л воды и 1 л этилового спирта получили 1,9 л смеси. Определите ее плотность. Плотность воды равна 1 г/ см³, спирта - 0,8 г/см³. Переведите единицы объема: 1 л=1000 см³, 1,9=1900 см³. Рассчитайте плотность смеси по формуле для двух компонентов ρ=(ρ1∙V1+ ρ2∙V2)/V=(1∙1000+ 0,8∙1000)/1900≈0,947 г/см³.

Источники:

www.kakprosto.ru

Объемная доля газов в смеси

Объемная доля газов в смеси

1.  Ознакомьтесь, запишите определение и формулу для нахождения объемной доли газа:

В состав воздуха входит несколько различных газов: кислород, азот, углекислый газ, благородные газы, водяные пары и некоторые другие вещества. Содержание каждого из этих газов в чистом воздухе строго определенно.

Для того чтобы выразить состав смеси газов в цифрах, т. е. количественно, используют особую величину, которую называют объемной долей газов в смеси.

Объемную долю газа в смеси обозначают греческой буквой  – «фи».

Объемной долей газа в смеси называют отношение объема данного газа к общему объему смеси:

Что же показывает объемная доля газа в смеси или, как говорят, какой физический смысл этой величины? Объемная доля газа показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ.

Если бы нам удалось разделить 100 л воздуха на отдельные газообразные компоненты, мы получили бы около 78 л азота, 21 л кислорода, 30 мл углекислого газа, в оставшемся объеме содержались бы так называемые благородные газы (главным образом аргон) и некоторые другие (рис. 62).

Рис. 62. Состав атмосферного воздуха

Рассчитаем объемные доли этих газов в воздухе:

Нетрудно заметить, что сумма объемных долей всех газов в смеси всегда равна 1, или 100%:

(азота) + (кисл.) + (угл. газа) + (др. газов) = 78% + 21% + 0,03% + 0,97% = 100%.

Тот воздух, который мы выдыхаем, гораздо беднее кислородом (его объемная доля снижается до 16%), зато содержание углекислого газа возрастает до 4%. Такой воздух для дыхания уже непригоден. Вот почему помещение, в котором находится много людей, надо регулярно проветривать.

В химии на производстве чаще приходится сталкиваться с обратной задачей: определять объем газа в смеси по известной объемной доле.

2.  Рассмотрите примеры задач

Пример. Вычислите объем кислорода, содержащегося в 500 л воздуха.

Из определения объемной доли газа в смеси выразим объем кислорода:

V(кисл.) = V(возд.)•(кисл.).

Подставим в уравнение числа и рассчитаем объем кислорода:

V(кисл.) = 500 (л)•0,21 = 105 л.

Кстати, для приближенных расчетов объемную долю кислорода в воздухе можно принять равной 0,2, или 20%.

При расчете объемных долей газов в смеси можно воспользоваться маленькой хитростью. Зная, что сумма объемных долей равна 100%, для «последнего» газа в смеси эту величину можно рассчитать по-другому.

Задача. Анализ атмосферы Венеры показал, что в 50 мл венерианского «воздуха» содержится 48,5 мл углекислого газа и 1,5 мл азота. Рассчитайте объемные доли газов в атмосфере планеты.

Дано:

V(смеси) = 50 мл,

V(угл. газа) = 48,5 мл,

V(азота) = 1,5 мл.

Найти:

(угл. газа),

(азота).

Решение

Рассчитаем объемную долю углекислого газа в смеси. По определению:

Вычислим объемную долю азота в смеси, зная, что сумма объемных долей газов в смеси равна 100%:

(угл. газа) + (азота) = 100%,

(азота) = 100% – (угл. газа) = 100% – 97% = 3%.

Ответ. (угл. газа) = 97%, (азота) = 3%.

С помощью какой величины измеряют содержание компонентов в смесях другого типа, например в растворах? Понятно, что в этом случае пользоваться объемной долей неудобно. На помощь приходит новая величина, о которой вы узнаете на следующем уроке.

3. Выполните домашнее задание:

1. Что такое объемная доля компонента в газовой смеси?

2. Объемная доля аргона в воздухе 0,9%. Какой объем воздуха необходим для получения 5 л аргона?

3. При разделении воздуха было получено 224 л азота. Какие объемы кислорода и углекислого газа были получены при этом?

4. Объемная доля метана в природном газе составляет 92%. Какой объем этой газовой смеси будет содержать 4,6 мл метана?

5. Смешали 6 л кислорода и 2 л углекислого газа. Найдите объемную долю каждого газа в полученной смеси.

pandia.ru

ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ХИМИЮ

2.10. Примеры решения задач

2.10.1. Расчет относительных и абсолютных масс атомов и молекул

Относительные массы атомов и молекул определяются с использованием приведенных в таблице Д.И. Менделеева величин атомных масс. При этом, при проведении расчетов для учебных целей значения атомных масс элементов обычно округляются до целых чисел (за исключением хлора, атомная масса которого принимается равной 35,5).

Пример 1. Относительная атомная масса кальция Аr(Са)=40; относительная атомная масса платины Аr(Pt)=195.

Относительная масса молекулы рассчитывается как сумма относительных атомных масс составляющих данную молекулу атомов с учетом количества их вещества.

Пример 2. Относительная молярная масса серной кислоты:

Мr(h3SO4) = 2Ar(H) + Ar(S) + 4Ar(O) = 2·1 + 32 + 4·16 = 98.

Величины абсолютных масс атомов и молекул находятся делением массы 1 моль вещества на число Авогадро.

Пример 3. Определите массу одного атома кальция.

Решение. Атомная масса кальция составляет Аr(Са)=40 г/моль. Масса одного атома кальция окажется равной:

m(Ca)= Аr(Ca) : NA =40 : 6,02·1023 = 6,64·10-23 г.

Пример 4. Определите массу одной молекулы серной кислоты.

Решение. Молярная масса серной кислоты равна Мr(h3SO4) = 98. Масса одной молекулы m(h3SO4) равна:

m(h3SO4) = Мr(h3SO4) : NA = 98:6,02·1023 = 16,28·10-23 г.

2.10.2. Расчет количества вещества и вычисление числа атомных и молекулярных частиц по известным значениям массы и объема

Количество вещества определяется путем деления его массы, выраженной в граммах, на его атомную (молярную) массу. Количество вещества, находящегося в газообразном состоянии при н.у., находится делением его объема на объем 1 моль газа (22,4 л).

Пример 5. Определите количество вещества натрия n(Na), находящегося в 57,5 г металлического натрия.

Решение. Относительная атомная масса натрия равна Аr(Na)=23. Количество вещества находим делением массы металлического натрия на его атомную массу:

n(Na)=57,5:23=2,5 моль.

Пример 6. Определите количество вещества азота, если его объем при н.у. составляет 5,6 л.

Решение. Количество вещества азота n(N2) находим делением его объема на объем 1 моль газа (22,4 л):

n(N2)=5,6:22,4=0,25 моль.

Число атомов и молекул в веществе определяется умножением количества вещества атомов и молекул на число Авогадро.

Пример 7. Определите число молекул, содержащихся в 1 кг воды.

Решение. Количество вещества воды находим делением ее массы (1000 г) на молярную массу (18 г/моль):

n(Н2О) = 1000:18=55,5 моль.

Число молекул в 1000 г воды составит:

N(Н2О) = 55,5·6,02·1023 = 3,34·1024.

Пример 8. Определите число атомов, содержащихся в 1 л (н.у.) кислорода.

Решение. Количество вещества кислорода, объем которого при нормальных условиях составляет 1 л равно:

n(О2) = 1 : 22,4 = 4,46·10-2 моль.

Число молекул кислорода в 1 л (н.у.) составит:

N(О2) = 4,46·10-2 · 6,02·1023 = 2,69·1022.

Следует отметить, что 26,9·1022 молекул будет содержаться в 1 л любого газа при н.у. Поскольку молекула кислорода двухатомна, число атомов кислорода в 1 л будет в 2 раза больше, т.е. 5,38·1022.

2.10.3. Расчет средней молярной массы газовой смеси и объемной доли содержащихся в ней газов

Средняя молярная масса газовой смеси рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей.

Пример 9. Полагая, что содержание (в объемных процентах) азота, кислорода и аргона в воздухе соответственно составляет 78, 21 и 1, рассчитайте среднюю молярную массу воздуха.

Решение.

Мвозд = 0,78·Мr(N2)+0,21·Мr (O2)+0,01·Мr(Ar)= 0,78·28+0,21·32+0,01·40 = 21,84+6,72+0,40=28,96

или приблизительно 29 г/моль.

Пример 10. Газовая смесь содержит 12 л Nh4, 5 л N2 и 3 л Н2, измеренных при н.у. Рассчитать объемные доли газов в этой смеси и ее среднюю молярную массу.

Решение. Общий объем смеси газов равен V=12+5+3=20 л. Объемные доли j газов окажутся равными:

φ(Nh4)= 12:20=0,6; φ(N2)=5:20=0,25; φ(h3)=3:20=0,15.

Средняя молярная масса рассчитывается на основе объемных долей составляющих эту смесь газов и их молекулярных масс:

М=0,6·М(Nh4)+0,25·M(N2)+0,15·M(h3) = 0,6·17+0,25·28+0,15·2 = 17,5.

2.10.4. Расчет массовой доли химического элемента в химическом соединении

Массовая доля ω химического элемента определяется как отношение массы атома данного элемента Х, содержащегося в данной массе вещества к массе этого вещества m. Массовая доля – безразмерная величина. Ее выражают в долях от единицы:

ω(X) = m(X)/m   (0

onx.distant.ru

1.1.2. Массовый, объемный и мольный состав

Количество вещества — одна из основных величин, характеризуемая численностью содержащихся в системе структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.). Единицей количества вещества является моль.

Мольная масса — масса 1 моль вещества:

M= m/N

Мольный объем —объем 1 моль вещества:

Vm=V/m

Массовая доля компонента в смеси — соотношение массы компонента А, содержащегося в смеси, и общей массы смеси:

wA = mА /m

Мольная доля компонента в смеси — соотношение количества компонента и общего количества смеси:

xA = NA /N

Объемная доля компонента в смеси — соотношение приведенного (к обычным давлению и температуре сме­си) объема компонента и общего объема смеси:

φA = VA /V

Показатель «объемная доля» используется преимущест­венно для характеристики газовых смесей и совпадает (для газов) с показателем «мольная доля», если не учи­тывать отклонения реальных газов от идеального сос­тояния.

Массовое соотношение компонента в смеси — отно­шение массы данного компонента к массе остальной ча­сти смеси.

Мольное соотношение компонента в смеси — отношение количества данного компонента к количеству остальной смеси.

Объемное соотношение компонента в смеси — отно­шение приведенного объема данного компонента к объ­ему остальной смеси.

Массовая концентрация компонента — отношение массы компонента смеси к объему смеси:

Cx = mA /V

При расчетах химико-технологических процессов ча­сто возникает необходимость перевода массового соста­ва смеси в мольный и наоборот. Для перевода массовых долей в мольные находят массу каждого компонента в 1 кг или в 100 кг (если массовые доли выражены в про­центах) смеси; делят массу компонента на его относи­тельную мольную массу, определяя количество компо­нента (кмоль); деля число моль каждого компонента на сумму общего числа моль, получают мольные доли ком­понентов. Для пересчета мольных долей в массовые оп­ределяют количество каждого компонента в 100 моль смеси; определяют массу каждого компонента, умножая количество компонента на его относительную мольную массу; находят массовые доли, деля массу каждого ком­понента на общую массу смеси.

Пример 1. Определить массовые доли компонентов в смеси, со­стоящей из 400 кг бензола и 100 кг толуола.

Решение. Общая масса вещества в смеси:

400 + 100 = 500 кг

Массовые доли компонентов в смеси:

бензол 400 : 500 = 0,8

толуол 100 : 500 = 0,2

Массовую долю второго компонента в данном случае можно опре­делить также, учитывая, что сумма массовых долей компонентов равна единице. Тогда массовая доля толуола равна:

1—0,8 = 0,2

Пример 2. Определить мольные доли компонентов в смеси, со­стоящей из 100 кг метана, 120 кг этана и 180 кг этилена.

Решение. Мольная масса метана 16 кг/кмоль, этана 30 кг/кмоль, этилена 28 кг/кмоль. Количество каждого компонента:

метан 100 : 16 = 6,25 кмоль

этан 120 : 30 = 4,0 кмоль

этилен 180 : 28=6,43 кмоль

Общее количество вещества:

6,25+ 4,0+ 6,43 = 16,68 кмоль

Мольные доли компонентов:

метан 6,25 : 16,68 =0,37

этан 4,0 : 16,68 = 0,24

этилен 6,43 : 16,68 = 0,39

1.1.3. Характеристики газовых смесей

Технологические расчеты многих производств органи­ческого синтеза требуют применения газовых законов, характеризующих любое состоящие газа и устанавлива­ющих взаимосвязь объема, давления и температуры. Приводимые в расчетах и задачах объёмы газов отне­сены к нормальным условиям (273 К, 0,1013 МПа), если не сообщаются параметры состояния газа. При нор­мальных условиях мольный объем любого газа равен 22,4 м3/кмоль (закон Авогадро).

Для вычислений, связанных с массой, давлением, температурой и объемом газов, широко применяется уравнение Менделеева— Клапейрона для идеального газа:

для 1 моль PV = RT

для N моль PV = NRT = RT

где R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 кДж/(моль∙К).

Для двух разных состояний таза (если его количество остается неизменным) применима пропорция:

Давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений компонентов (р1, р2, …, рn) компонентов — закон Дальтона:

р = р1+ р2+ …+ рn

Объем газовой смеси равен сумме парциальных объ­емов компонентов

V= ν1+ ν 2+ …+ ν n

Из закона Дальтона вытекает очень важное следствие, к которому довольно часто прибегают в расчетной прак­тике: если известен объемный (или мольный) состав га­зовой смеси, то все ее физические константы (мольная масса, плотность, теплоемкость и т. д.) подчиняются правилу аддитивности, т. е. их можно вычислить по пра­вилу смешения. Так, средняя мольная масса газовой смеси равна (в кг/моль):

Мср = x1M1+ x2M2 +… + xnMn

Средняя плотность газовой смеси (аналогично определя­ют и плотность индивидуальных газов) равна (в кг/м3):

рср = Мср/22,4

Относительную плотность газа, по воздуху определяют, деля его плотность на плотность воздуха (при обычных условиях плотность воздуха равна 1,293 кг/м3):

Δ=р/1,293

studfiles.net


Смотрите также



Услуги по созданию дизайна; верстка



© JuliettaRose, 2008-2020. При использовании материалов ссылка на источник обязательна.