Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ. ПРОСТЕЙШИЕ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ



ЗАКОНЫ

Взаимозависимые параметры состояния газов

Если энергия притяжения между молекулами меньше их кинетической энергии, то совокупность таких молекул будет существовать в виде газа. Индивидуальное вещество в газообразном состоянии характеризуется следующими величинами: Р – давлением; Т или t – температурой, измеряемой в Кельвина или градусах Цельсия; J - объемом, m – массой всего газа; М – грамм-молекулярной массой. Газовые законы устанавливают взаимосвязь между этими величинами.

Вначале были установлены законы, справедливые для постоянной массы данного газа (т.е. m = const и М = const), и, кроме того, одна из оставшихся величин (Р, J, Т) также поддерживается постоянной.

1. Т = const (изотермический процесс).

Взаимосвязь между изменением Р и J выражается законом Бойля-Мариотта:

Р1J1 = Р2J2 или РJ = const.

2. Р = const (изобарический процесс).

Взаимосвязь между изменением J и t выражается законом Гей-Люссака:

Jt = Jo (1 + at), где a – коэффициент удельного объемного расширения, равный для всех газов a = 1/273 град-1. Если это значение подставить в уравнение и температуру выразить в шкале Кельвина, то закон Гей-Люссака запишется так:

или .

3. J = const (изохорический процесс).

Взаимосвязь между Р и t выражается законом Шарля: Рt = Po (1 + at) где

a = 1/273 град-1.

В более удобной форме можно записать так:

или .

На основе трех частных законов можно вывести объединенный газовый закон:

или .

После того как было установлено экспериментально, что грамм-молекула любого газа при нормальных условиях (Р = 1 атм = 1, 013× 105 н/м2 = 101325 Па; t = 0 оС или Т = 273 К) занимает объем – 22, 4 л (кг – молекула – 22, 4× 10-3 м3), объединенный газовый закон можно записать так: PJ = RT, где R - универсальная газовая постоянная.

Численное значение R зависит от единиц измерения величин, ее определяющих:

R = 62360 мм.рт.ст./К× моль = 0, 082 л× атм/К× моль = 8, 314 Па× м3/К× моль = = 8, 314 Дж/К× моль = 8, 414× 103 кДж/К× моль = 1, 987 кал/к× моль.

Уравнение PJ = nRT, где n = m/M, называется уравнением Менделеева-Клапейрона, оно выражает взаимосвязь между всеми величинами, характеризующими газ, а поэтому является наиболее общим в приближении к модели идеального газа.

Примеры составления условий задач и их решения

Задача 139

Определить, какое давление разовьет газ СО2 (0, 1 кг) в баллоне емкостью 10 л при температуре 300 К.

Решение:

Данные задачи выразим в единицах Си (m = 0, 1 кг; J = 10 л = 10× 10-3м3;

Т = 300 К; М = 44, 01× 10-3 кг/моль) и подставим их в уравнение Менделеева-Клапейрона

.

Чтобы не ошибиться в размерности полученного результата, производим вычисления с указанием размерности каждой величины. Напомним, что Дж = Па× м3.

 

Задача 154

Газовая смесь приготовлена из 2 л кислорода (Р = 100 кПа) и 4 л сернистого газа (Р = 100 кПа). Объем смеси равен 6 л. Определить парциальные давления газов в смеси и общее давление газовой смеси.

Решение:

Парциальным давлением газа в смеси называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси.

Объем кислорода после смешения увеличился в 3 раза (6: 2=3), а объем сернистого газа – в 1, 5 раза (6: 4=1, 5). Во столько же раз уменьшились парциальные давления газов (РJ = const). Следовательно, = 100/3 = 33, 3 кПа, = 100/1, 5 = = 66, 7 кПа. Согласно закону парциальных давлений общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь:

кПа.

В задачах (138–144) определить, какое давление разовьет газ (0, 1 кг) в баллоне емкостью 10 л при температуре 300 К

№ задачи
Газ СО СО2 N2 O2 Ar CH4 H2

 

В задачах (145–152) вычислить мольную массу газа по заданному объему

№ задачи Объем газа, л Давление, к× Па Температура, К Масса газа, г
0, 6 83, 2 1, 3
0, 5 96, 0 0, 93
0, 624 104, 0 1, 56
0, 38 98, 6 1, 9
1, 0 101, 326 2, 55
0, 025 104, 0 0, 111
0, 64 98, 7 1, 73
0, 087 100, 0 0, 24

 

В задачах (153–159) определить парциальные давления отдельных газов в смеси и общее давление газовой смеси по следующим данным:

№ за- дачи Компоненты Общий объем смеси, л
1-й газ Давление, К× Па Объем, л 2-й газ Давление, к× Па Объем, л
Н2 93, 3 CH4
О2 SO2
СО2 O2
О2 N2 90, 6
С2Н4 83, 95 CH4 95, 94 1, 5
Н2S Ar
H2 N2

 

 

Химические эквиваленты

Эквивалентом элементов называется количество, соединяющееся с 8 массовыми частями кислорода или 1, 0078 массовой частью водорода или замещающее те же количества кислорода или водорода в их соединениях.

Эквивалент элемента (простого вещества) рассчитывают по формуле:

Э = А/В, где Э – эквивалент элемента, г/моль; А – относительная атомная масса элемента, В – валентность элемента. Так эквивалент серы при получении SO2: S + O = SO2 равен ЭS = 32: 4 = 8.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его массовое количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или кислорода или вообще с одним эквивалентом любого вещества.

Эквивалент сложного вещества определяют по формуле Э = М/В× n, где М – относительная молекулярная масса вещества; В – валентность (заряд) функциональ­ных групп; n – число функциональных групп. Функциональные группы: для кислоты – ионы Н+; для основания – ионы ОН; для соли – ионы Ме+.

г/моль; ; .

Эквивалент сложного вещества, так же как и эквивалент элемента, может иметь различные значения и зависит от того, в какую реакцию обмена вступает это вещество.

Эквивалент H2SO4 в реакции H2SO4 + KOH = KHSO4 + H2O равен , а в реакции H2SO4 + Mg = MgSO4 + H2 равен . Эквивалент Al(OH)3 в реакции Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2Cl + H2O равен , а в реакции (Al(OH)3 + 3 HNO3 = = Al(NO3)3 + 3 H2O равен .

 

Примеры составления условия задач и их решения

Задача 185

Вычислить эквивалентную массу металла, зная, что его хлорид содержит 79, 78 % хлора и 20, 22 % металла.

Решение:

Согласно закону эквивалентов отношение количества металла и хлора в соединении должно быть равно отношению их эквивалентных масс:

; г/моль.

Задача 190

Вычислить эквивалентную массу оксида и металла, если на восстановление 1, 80 г оксида израсходовано 0, 833 л водорода (н.у.).

Решение:

В тех случаях, когда одно из реагирующих веществ находится в твердом состоянии, а второе – в газообразном, закон эквивалентов может быть выражен так:

= ; .

– эквивалентный объем газа – это объем, который занимает 1 эквивалент вещества при данных условиях. Значение эквивалентного объема можно найти, исходя из того, что мольный объем любого газа при нормальных условиях равен 22, 4 л/моль. При нормальных условиях эквивалентный объем водорода равен 11, 2 л/моль:

г/моль.

Эквивалентная масса оксида равна сумме эквивалентных масс элемента, образующего оксид, и кислорода: ЭМеО = ЭМе + ЭО; ЭМе = ЭМеО + ЭО = 24, 20 – 8 = = 16, 20 г/моль. Эквивалентная масса металла равна 16, 20 г/моль.

Задача 196

При растворении 0, 5 г метана в кислоте выделилось 0, 189 л водорода при температуре 294 К и давлении 101, 325 кПа. Вычислить эквивалентную массу металла.

Решение:

Необходимо объем газа привести к нормальным условиям.

л.

Из закона эквивалентов вытекает, что

,

подставив значение величин из условия, получим

г/моль.

 


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2017-03-08; Просмотров: 849; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.034 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь