В сосуде объемом 10 л находятся молекулы кислорода в количестве
В данной работе предлагается определенный подход к классификации и способам решения задач на газовые законы. Такой подход позволит быстро сориентироваться в большом количестве задач на свойства газов и применить к ним те или иные приемы решения.
Основные теоретические сведения
Состояние газа характеризуется совокупностью трех физических величин или термодинамических параметров:объемом газа V, давлением Р и температурой Т. Состояние газа, при котором эти параметры остаются постоянными считают равновесным состоянием.В этом состоянии параметры газа связаны между собой уравнением состояния. Самый простой вид уравнение состояния имеет для идеального газа. Идеальным газом называют газ, молекулы которого не имеют размеров (материальные точки) и взаимодействуют друг с другом лишь при абсолютно упругих соударениях (отсутствует межмолекулярное притяжение и отталкивание). Реальные газы тем точнее подчиняются законам идеальных газов, чем меньше размеры их молекул (т.е. газ одноатомный), и чем больше он разряжен.
Уравнение состояния идеального газа или уравнение Менделеева-Клапейрона имеет вид:
– универсальная газовая постоянная
Из этого закона вытекает, что для двух произвольных состояний газа справедливо равенство, называемое уравнением Клапейрона:
Так же для идеальных газов имеют место следующие экспериментальные законы:
Закон Бойля — Мариотта:
Закон Гей-Люссака:
Закон Шарля:
Если в сосуде находится смесь нескольких газов, не вступающих друг с другом в химические реакции, то результирующее давление определяется по закону Дальтона: давление смеси равно сумме давлений, производимых каждым газом в отдельности, как если бы он один занимал весь сосуд.
Р = Р1 + Р2 +… + РN
Задачи, решение которых основывается на данных уравнениях, можно разделить на две группы:
§ задачи на применение уравнения Менделеева-Клапейрона.
- задачи на газовые законы.
ЗАДАЧИ НА ПРИМЕНЕНИЕ УРАВНЕНИЯ МЕНДЕЛЕЕВА-КЛАПЕЙРОНА.
Уравнение Менделеева-Клапейрона применяют тогда, когда
I. дано только одно состояние газа изадана масса газа (или вместо массы используют количество вещества или плотность газа).
II. масса газа не задана, но она меняется, то есть утечка газа или накачка.
При решении задач на применение равнения состояния идеального газа надо помнить:
1.если дана смесь газов, то уравнение Менделеева-Клапейрона записывают для каждого компонента в отдельности.Связь между парциальными давлениями газов, входящих в смесь и результирующим давлением смеси, устанавливается законом Дальтона.
2.если газ меняет свои термодинамические параметры или массу, уравнение Менделеева-Клапейрона записывают для каждого состояния газа в отдельности и полученную систему уравнений решают относительно искомой величины.
P.S.
§ Необходимо пользоваться только абсолютной температурой и сразу же переводить значения температуры по шкале Цельсия в значения по шкале Кельвина.
§ В задачах, где рассматривается движение сосуда с газом (пузырька воздуха, воздушного шара) к уравнению газового состояния добавляют уравнения механики.
§ если между газами происходит реакция, то надо составить уравнение реакции и определить продукты реакции
ПЕРВЫЙ ТИП ЗАДАЧ: НЕТ ИЗМЕНЕНИЯ МАССЫ
Определить давление кислорода в баллоне объемом V = 1 м3 при температуре t=27 °С. Масса кислорода m = 0,2 кг.
| V = 1 м3 μ = 0,032кг/моль m = 0,2 кг t=27 °С | Т=300К | Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона и находим из него давление, производимое газом: |
| Р-? |
Баллон емкостью V= 12 л содержит углекислый газ. Давление газа Р = 1 МПа, температура Т = 300 К. Определить массу газа.
| V = 12 л μ =0,044кг/моль Т=300К Р =1 МПа | 0,012м3 1∙106Па | Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона и находим массу газа |
| m -? |
При температуре Т = 309 К и давлении Р = 0,7 МПа плотность газа ρ = 12 кг/м3. Определить молярную массу газа.
| V = 12 л Т=309К Р =0,7 МПа ρ = 12 кг/м3 | 0,012м3 0,7∙106Па | Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона Так как масса газа может быть определена через плотность газа и его объем имеем: |
| μ -? | ||
Отсюда находим молярную массу газа: | ||
Какова плотность водорода при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С.
| V = 12 л t=20°C Р =105 Па μ =0,002кг/моль | 0,012м3 T=293К | Нормальное атмосферное давление – это давление, равное 105 Па. И эту информацию запишем как данные задачи. Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона |
| ρ -? | ||
Так как масса газа может быть определена через плотность газа и его объем имеем: Отсюда находим плотность газа: | ||
До какой температуры Т1 надо нагреть кислород, чтобы его плотность стала равна плотности водорода при том же давлении ,но при температуре Т2 = 200 К?
| Т2=200К ρ1 = ρ2 μ1 =0,032кг/моль μ2 =0,002кг/моль | Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона для кислорода и для водорода через плотности газов: Так как по условию давление у двух газов одинаковое, то можно приравнять правые части данных уравнений: Сократим на R и на плотность ρ (по условию плотности газов равны) и найдем Т1 |
| Т1 -? | |
В сосуде объемом 4·10-3 м3 находится 0,012 кг газа при температуре 177°С. При какой температуре плотность этого газа будет равна 6·10-6 кг /см3, если давление газа остается неизменным.
Смесь газов
В баллоне объемом 25 литров находится 20г азота и 2 г гелия при 301К. Найдите давление в баллоне.
Определить плотность смеси, состоящей из 4 граммов водорода и 32 граммов кислорода при давлении 7°С и давлении 93кПа?
Сосуд емкостью 2V разделен пополам полупроницаемой перегородкой. В одной половине находится водород массой mВ и азот массой mА. В другой половине вакуум. Во время процесса поддерживается постоянная температура Т. Через перегородку может диффундировать только водород. Какое давление установиться в обеих частях сосуда?
| μа m1 = m2 = m3 = m μв μк Т | отсек №1 отсек №2 отсек №3 Диффундирует только водород. Следовательно, после завершения установочных процессов, в отсеке I будет водород, массой на |
| РI-? РII-? | |
половину меньшей, чем была, и весь азот. А во втором отсеке только половина массы водорода. Тогда для первого отсека установившееся давление равно: Для отсека II можно так же определить установившееся давление: | |
Вакуумированный сосуд разделен перегородками на три равных отсека, каждый объемом V. В средний отсек ввели одинаковые массы кислорода, азота и водорода. В результате чего давление в этом отсеке стало равно Р. Перегородка I проницаема только для молекул водорода, перегородка II проницаема для молекул всех газов. Найти давления Р1 Р2 и Р3, установившиеся в каждом отсеке, если температура газа поддерживается постоянной и равной Т.
| μа m1 = m2 = m3 = m μв μк Р | отсек №1 отсек №2 отсек №3 После диффундирования газов через перегородки в первом отсеке окажется треть массы водорода. Во втором и в третьем отсеках будет треть водорода, половина массы кислорода и половина всей массы азота. Тогда для первого отсека установившееся давление равно: |
| Р1-? Р2-? Р3-? | |
Если до диффундирования первоначальное давление во втором отсеке было Р, то можно записать: Отсюда можно найти Находим выражение для давления во втором и в третьем отсеках | |
И тогда давление в первом отсеке равно: | |
С химическими реакциями
В сосуде находится смесь азота и водорода. При температуре Т, когда азот полностью диссоциирован на атомы, давление равно Р (диссоциацией водорода можно пренебречь). При температуре 2Т, когда оба газа полностью диссоциированы, давление в сосуде 3Р. Каково отношение масс азота и водорода в смеси?
| μа μв Т1 =Т Т2 =2Т Р1=Р Р2=3Р | mв μвmа При температуре Т параметры газов в сосуде следующие: И результирующее давление в сосуде по закону Дальтона равно: |
2Т 2Т При температуре 2Т параметры газов в сосуде следующие: И результирующее давление в сосуде по закону Дальтона равно: | |
В герметично закрытом сосуде находится 1 моль неона и 2 моля водорода. При температуре Т1=300К, когда весь водород молекулярный, атмосферное давление в сосуде Р1=105 Па. При температуре Т2=3000К давление возросло до Р2=1,5∙105 Па. Какая часть молекул водорода диссоциировала на атомы?
| ν1=1 моль ν2=2 моль Т1 =300К Т2 =3000К Р1=105 Па Р2=1,5∙105 Па | При температуре Т1 давление газа в сосуде складывается из парциальных давлений двух газов и равно: При температуре Т2 давление газа равно: |
Из уравнения (1): Из первого находим объем V: | |
В закрытом баллоне находится смесь из m1= 0,50 г водорода и m2 = 8,0 г кислорода при давлении Р1= 2,35∙105 Па. Между газами происходит реакция с образованием водяного пара. Какое давление Р установится в баллоне после охлаждения до первоначальной температуры? Конденсации пара не происходит.
| V = 25 л μ1 = 2г/моль m1 = 0,5 г μ2 = 32г/моль m2 = 8 г | В сосуде будет происходить реакция водорода с кислородом с образованием воды:
|
| Р-? | Из уравнения реакции видно, что если в реакцию вступит весь водород, то кислорода только половина |
В результате образуется ν3=0,25 молей водяного пара и останется ν4= 0,125молей кислорода. По закону Дальтона результирующее давление в сосуде равно сумме парциальных давлений Так как известно, что до реакции давление в сосуде было Р1, то для этого момента можно так же применить закон Дальтона: Решаем полученные уравнение в системе относительно неизвестного: Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 2489; | |
Источник
Ñîðîêèí Â.Â., Çàãîðñêèé Â.Â., Ñâèòàíüêî
È.Â.Çàäà÷è õèìè÷åñêèõ îëèìïèàä.
1.2. Ãàçîâûå çàêîíû
Çàâèñèìîñòü ìåæäó äàâëåíèåì è îáúåìîì
èäåàëüíîãî ãàçà ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå
ïîêàçàíà íà ðèñ. 1.
Äàâëåíèå è îáúåì îáðàçöà ãàçà îáðàòíî
ïðîïîðöèîíàëüíû, ò. å. èõ ïðîèçâåäåíèÿ ÿâëÿþòñÿ
ïîñòîÿííîé âåëè÷èíîé: pV = const. Ýòî ñîîòíîøåíèå
ìîæåò áûòü çàïèñàíî â áîëåå óäîáíîì äëÿ ðåøåíèÿ
çàäà÷ âèäå:
p1V1 = p2V2 (çàêîí
Áîéëÿ-Ìàðèîòòà).
Ïðåäñòàâèì ñåáå, ÷òî 50 ë ãàçà (V1), íàõîäÿùåãîñÿ
ïîä äàâëåíèåì 2 àòì (p1), ñæàëè äî îáúåìà 25 ë (V2),
òîãäà åãî íîâîå äàâëåíèå áóäåò ðàâíî:
Çàâèñèìîñòü ñâîéñòâ èäåàëüíûõ ãàçîâ îò
òåìïåðàòóðû îïðåäåëÿåòñÿ çàêîíîì Ãåé-Ëþññàêà:
îáúåì ãàçà ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëåí åãî àáñîëþòíîé
òåìïåðàòóðå (ïðè ïîñòîÿííîé ìàññå: V = kT, ãäå k
– êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè). Ýòî
ñîîòíîøåíèå çàïèñûâàåòñÿ îáû÷íî â áîëåå óäîáíîé
ôîðìå äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷:
Íàïðèìåð, åñëè 100 ë ãàçà, íàõîäÿùåãîñÿ ïðè
òåìïåðàòóðå 300Ê, íàãðåâàþò äî 400Ê, íå ìåíÿÿ
äàâëåíèÿ, òî ïðè áîëåå âûñîêîé òåìïåðàòóðå íîâûé
îáúåì ãàçà áóäåò ðàâåí
Çàïèñü îáúåäèíåííîãî ãàçîâîãî çàêîíà pV/T= = const
ìîæåò áûòü ïðåîáðàçîâàíà â óðàâíåíèå
Ìåíäåëååâà-Êëàïåéðîíà:
ãäå R – óíèâåðñàëüíàÿ ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ, a – ÷èñëî ìîëåé
ãàçà.
Óðàâíåíèå Ìåíäåëååâà-Êëàïåéðîíà ïîçâîëÿåò
ïðîâîäèòü ñàìûå ðàçíîîáðàçíûå âû÷èñëåíèÿ.
Íàïðèìåð, ìîæíî îïðåäåëèòü ÷èñëî ìîëåé ãàçà ïðè
äàâëåíèè 3 àòì è òåìïåðàòóðå 400Ê, çàíèìàþùèõ îáúåì
70 ë:
Îäíî èç ñëåäñòâèé îáúåäèíåííîãî ãàçîâîãî
çàêîíà: â ðàâíûõ îáúåìàõ ðàçëè÷íûõ ãàçîâ ïðè
îäèíàêîâîé òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè ñîäåðæèòñÿ
îäèíàêîâîå ÷èñëî ìîëåêóë. Ýòî çàêîí Àâîãàäðî.
Èç çàêîíà Àâîãàäðî â ñâîþ î÷åðåäü âûòåêàåò
òàêæå âàæíîå ñëåäñòâèå: ìàññû äâóõ îäèíàêîâûõ
îáúåìîâ ðàçëè÷íûõ ãàçîâ (åñòåñòâåííî, ïðè
îäèíàêîâûõ äàâëåíèè è òåìïåðàòóðå) îòíîñÿòñÿ êàê
èõ ìîëåêóëÿðíûå ìàññû:
m1/m2 = M1/M2
(m1è m2 – ìàññû äâóõ ãàçîâ);
M1IM2ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé
îòíîñèòåëüíóþ ïëîòíîñòü.
Çàêîí Àâîãàäðî ïðèìåíèì òîëüêî ê èäåàëüíûì
ãàçàì. Ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ òðóäíî ñæèìàåìûå
ãàçû (âîäîðîä, ãåëèé, àçîò, íåîí, àðãîí) ìîæíî
ñ÷èòàòü èäåàëüíûìè. Ó îêñèäà óãëåðîäà (IV),
àììèàêà, îêñèäà ñåðû (IV) îòêëîíåíèÿ îò
èäåàëüíîñòè íàáëþäàþòñÿ óæå ïðè íîðìàëüíûõ
óñëîâèÿõ è âîçðàñòàþò ñ ðîñòîì äàâëåíèÿ è
ïîíèæåíèåì òåìïåðàòóðû.
Ïðèìåð 1. Óãëåêèñëûé ãàç îáúåìîì 1 ë ïðè
íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ èìååò ìàññó 1,977 ã. Êàêîé
ðåàëüíûé îáúåì çàíèìàåò ìîëü ýòîãî ãàçà (ïðè í.
ó.)? Îòâåò ïîÿñíèòå.
Ðåøåíèå. Ìîëÿðíàÿ ìàññà Ì (CO2)
= 44 ã/ìîëü, òîãäà îáúåì ìîëÿ 44/1,977 = 22,12 (ë). Ýòà
âåëè÷èíà ìåíüøå ïðèíÿòîé äëÿ èäåàëüíûõ ãàçîâ
(22,4 ë). Óìåíüøåíèå îáúåìà ñâÿçàíî ñ âîçðàñòàíèåì
âçàèìî äåéñòâèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè ÑÎ2, ò. å.
îòêëîíåíèåì îò èäåàëüíîñòè.
Ïðèìåð 2. Ãàçîîáðàçíûé õëîð ìàññîé 0,01 ã,
íàõîäÿùèéñÿ â çàïàÿííîé àìïóëå îáúåìîì 10 ñì3,
íàãðåâàþò îò 0 äî 273oÑ. ×åìó ðàâíî íà÷àëüíîå
äàâëåíèå õëîðà ïðè 0oÑ è ïðè 273oÑ?
Ðåøåíèå. Ìr(Ñl2) =70,9; îòñþäà 0,01 ã
õëîðà ñîîòâåòñòâóåò 1,4 10-4
ìîëü. Îáúåì àìïóëû ðàâåí 0,01 ë. Èñïîëüçóÿ
óðàâíåíèå Ìåíäåëååâà-Êëàïåéðîíà pV=vRT, íàõîäèì
íà÷àëüíîå äàâëåíèå õëîðà (p1) ïðè 0oÑ:
àíàëîãè÷íî íàõîäèì äàâëåíèå õëîðà (ð2)ïðè
273oÑ: ð2 = 0,62 àòì.
Ïðèìåð 3. ×åìó ðàâåí îáúåì, êîòîðûé çàíèìàþò 10
ã îêñèäà óãëåðîäà (II) ïðè òåìïåðàòóðå 15oÑ è
äàâëåíèè 790 ìì ðò. ñò.?
Ðåøåíèå.
Çàäà÷è
1. Êàêîé îáúåì (ïðè í. ó.) çàíèìàåò 0,5
ìîëü êèñëîðîäà?
2. Êàêîé îáúåì çàíèìàåò âîäîðîä,
ñîäåðæàùèé 18-1023 ìîëåêóë (ïðè í. ó.)?
3. ×åìó ðàâíà ìîëÿðíàÿ ìàññà îêñèäà
ñåðû(IV), åñëè ïëîòíîñòü ýòîãî ãàçà ïî âîäîðîäó
ðàâíà 32?
4. Êàêîé îáúåì çàíèìàþò 68 ã àììèàêà ïðè
äàâëåíèè 2 àòì è òåìïåðàòóðå 100oÑ?
5. Â çàìêíóòîì ñîñóäå åìêîñòüþ 1,5 ë
íàõîäèòñÿ ñìåñü ñåðîâîäîðîäà ñ èçáûòêîì
êèñëîðîäà ïðè òåìïåðàòóðå 27oÑ è äàâëåíèè
623,2 ìì ðò. ñò. Íàéäèòå ñóììàðíîå êîëè÷åñòâî
âåùåñòâ â ñîñóäå.
6. Â áîëüøîì ïîìåùåíèè òåìïåðàòóðà ìîæåò
èçìåðÿòüñÿ ñ ïîìîùüþ “ãàçîâîãî” òåðìîìåòðà.
Äëÿ ýòîé öåëè ñòåêëÿííóþ òðóáêó, èìåþùóþ
âíóòðåííèé îáúåì 80 ìë, çàïîëíèëè àçîòîì ïðè
òåìïåðàòóðå 20oÑ è äàâëåíèè 101,325 êÏà. Ïîñëå
ýòîãî òðóáêó ìåäëåííî è îñòîðîæíî âûíåñëè èç
êîìíàòû â áîëåå òåïëîå ïîìåùåíèå. Áëàãîäàðÿ
òåðìè÷åñêîìó ðàñøèðåíèþ, ãàç âûøåë èç òðóáêè è
áûë ñîáðàí íàä æèäêîñòüþ, äàâëåíèå ïàðà êîòîðîé
íåçíà÷èòåëüíî. Îáùèé îáúåì ãàçà, âûøåäøåãî èç
òðóáêè (èçìåðåí ïðè 20oÑ è 101,325 êÏà), ðàâåí 3,5
ìë. Ñêîëüêî ìîëåé àçîòà ïîòðåáîâàëîñü äëÿ
çàïîëíåíèÿ ñòåêëÿííîé òðóáêè è êàêîâà
òåìïåðàòóðà áîëåå òåïëîãî ïîìåùåíèÿ?
7. Õèìèê, îïðåäåëÿâøèé àòîìíóþ ìàññó
íîâîãî ýëåìåíòà X â ñåðåäèíå XIX â., âîñïîëüçîâàëñÿ
ñëåäóþùèì ìåòîäîì: îí ïîëó÷àë ÷åòûðå ñîåäèíåíèÿ,
ñîäåðæàùèå ýëåìåíò X (À, Á, Â è Ã), è îïðåäåëÿë
ìàññîâóþ äîëþ ýëåìåíòà (%) â êàæäîì èç íèõ. Â ñîñóä,
èç êîòîðîãî ïðåäâàðèòåëüíî áûë îòêà÷àí âîçäóõ,
îí ïîìåùàë êàæäîå ñîåäèíåíèå, ïåðåâåäåííîå â
ãàçîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå ïðè 250oÑ, è
óñòàíàâëèâàë ïðè ýòîì äàâëåíèå ïàðîâ âåùåñòâà
1,013 105 Ïà. Ïî
ðàçíîñòè ìàññ ïóñòîãî è ïîëíîãî ñîñóäîâ
îïðåäåëÿëàñü ìàññà ãàçîîáðàçíîãî âåùåñòâà.
Àíàëîãè÷íàÿ ïðîöåäóðà ïðîâîäèëàñü ñ àçîòîì. Â
ðåçóëüòàòå ìîæíî áûëî ñîñòàâèòü òàêóþ òàáëèöó:
| Ãàç | Îáùàÿ ìàññà, ã | Ìàññîâàÿ äîëÿ () ýëåìåíòà x â âåùåñòâå, % |
| N2 | 0,652 | – |
| À | 0,849 | 97,3 |
| Á | 2,398 | 68,9 |
| Â | 4,851 | 85,1 |
| Ã | 3,583 | 92,2 |
Îïðåäåëèòå âåðîÿòíóþ àòîìíóþ ìàññó ýëåìåíòà X.
8. Â 1826 ã. ôðàíöóçñêèé õèìèê Äþìà
ïðåäëîæèë ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè ïàðîâ,
ïðèìåíèìûé êî ìíîãèì âåùåñòâàì. Ïî ýòîìó ìåòîäó
ìîæíî áûëî íàõîäèòü ìîëåêóëÿðíûå ìàññû
ñîåäèíåíèé, èñïîëüçóÿ ãèïîòåçó Àâîãàäðî î òîì,
÷òî â ðàâíûõ îáúåìàõ ãàçîâ è ïàðîâ ïðè ðàâíîì
äàâëåíèè è òåìïåðàòóðå ñîäåðæàòñÿ îäèíàêîâûå
êîëè÷åñòâà ìîëåêóë. Îäíàêî ýêñïåðèìåíòû ñ
íåêîòîðûìè âåùåñòâàìè, ñäåëàííûå ïî ñïîñîáó
Äþìà, ïðîòèâîðå÷èëè ãèïîòåçå Àâîãàäðî è ñòàâèëè
ïîä ñîìíåíèå ñàìó âîçìîæíîñòü îïðåäåëåíèÿ
ìîëåêóëÿðíîé ìàññû äàííûì ñïîñîáîì. Âîò îïèñàíèå
îäíîãî èç òàêèõ ýêñïåðèìåíòîâ (ðèñ. 2).
à. Â ãîðëûøêå ñîñóäà à èçâåñòíîãî îáúåìà
ïîìåñòèëè íàâåñêó íàøàòûðÿ á è íàãðåëè â ïå÷è â äî
òàêîé òåìïåðàòóðû to, ïðè êîòîðîé âåñü
íàøàòûðü èñïàðèëñÿ. Ïîëó÷èâøèåñÿ ïàðû âûòåñíèëè
âîçäóõ èç ñîñóäà, ÷àñòü èõ âûäåëèëàñü íàðóæó â
âèäå òóìàíà. Íàãðåòûé äî toñîñóä,
äàâëåíèå â êîòîðîì ðàâíÿëîñü àòìîñôåðíîìó,
çàïàÿëè ïî ïåðåòÿæêå ã, çàòåì îõëàäèëè è
âçâåñèëè.
Çàòåì ñîñóä âñêðûëè, îòìûëè îò
ñêîíäåíñèðîâàííîãî íàøàòûðÿ, âûñóøèëè è ñíîâà
âçâåñèëè. Ïî ðàçíîñòè îïðåäåëèëè ìàññó m
íàøàòûðÿ.
Ýòà ìàññà ïðè íàãðåâàíèè äî toèìåëà
äàâëåíèå ð, ðàâíîå àòìîñôåðíîìó, â ñîñóäå
îáúåìîì V. Äëÿ ñîñóäà à çàðàíåå áûëè
îïðåäåëåíû äàâëåíèå è îáúåì èçâåñòíîé ìàññû
âîäîðîäà ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå. Îòíîøåíèå
ìîëåêóëÿðíîé ìàññû íàøàòûðÿ ê ìîëåêóëÿðíîé
ìàññå âîäîðîäà îïðåäåëÿëè ïî ôîðìóëå
Ïîëó÷èëè âåëè÷èíó Ì/Ì(Í2) = 13,4.
Îòíîøåíèå, âû÷èñëåííîå ïî ôîðìóëå NH4Cl,
ñîñòàâèëî 26,8.
á. Îïûò ïîâòîðèëè, íî ãîðëûøêî ñîñóäà çàêðûëè
ïîðèñòîé àñáåñòîâîé ïðîáêîé ä, ïðîíèöàåìîé
äëÿ ãàçîâ è ïàðîâ. Ïðè ýòîì ïîëó÷èëè îòíîøåíèå Ì
/Ì(Í2) = 14,2.
â. Ïîâòîðèëè îïûò á, íî óâåëè÷èëè íà÷àëüíóþ
íàâåñêó íàøàòûðÿ â 3 ðàçà. Îòíîøåíèå ñòàëî ðàâíûì
Ì/Ì (Í2) = 16,5.
Îáúÿñíèòå ðåçóëüòàòû îïèñàííîãî ýêñïåðèìåíòà è
äîêàæèòå, ÷òî çàêîí Àâîãàäðî â äàííîì ñëó÷àå
ñîáëþäàëñÿ.
Ðåøåíèÿ
1. Ìîëü ëþáîãî ãàçà çàíèìàåò îáúåì (ïðè í. ó.) 22,4 ë;
0,5 ìîëü Î2 çàíèìàåò îáúåì 22,40,5 = 11,2 (ë).
2. ×èñëî ìîëåêóë âîäîðîäà, ðàâíîå 6,02-1023
(÷èñëî Àâîãàäðî), ïðè í. ó. çàíèìàåò îáúåì 22,4 ë (1
ìîëü); òîãäà
3. Ìîëÿðíàÿ ìàññà îêñèäà cepû(IV) : M(SO2) = 322 = 64 (ã/ìîëü).
4. Ïðè í. ó. 1 ìîëü NÍç, ðàâíûé 17 ã, çàíèìàåò îáúåì 22,4
ë, 68 ã çàíèìàåò îáúåì õ ë,
Èç óðàâíåíèÿ ãàçîâîãî ñîñòîÿíèÿ poVo/To
= p1V1/T1 íàõîäèì
5.
ñìåñè H2S
è Î2.
6. Ïðè çàïîëíåíèè òðóáêè àçîòîì
 òðóáêå îñòàëîñü (ïðè íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ) V1:
80-3,5 = 76,5 (ìë). Ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû àçîò,
çàíèìàâøèé îáúåì 76,5 ìë (V1) ïðè 20oÑ,
ñòàë çàíèìàòü îáúåì V2 = 80 ìë. Òîãäà, ñîãëàñíî
Ò1/Ò2= = V1/V2 èìååì
Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ïðè òåìïåðàòóðå 250î
Ñ âåùåñòâà À, Á, Â, Ã ÿâëÿþòñÿ èäåàëüíûìè ãàçàìè.
Òîãäà ïî çàêîíó Àâîãàäðî
Ìàññà ýëåìåíòà X â 1 ìîëü âåùåñòâà À, Á, Â è Ã
(ã/ìîëü):
Ì(À) .0,973 = 35,45; Ì(Á) .0,689 = 70,91; Ì (Â).0,851
= 177,17; Ì(Ã).0,922= 141,78
Ïîñêîëüêó â ìîëåêóëå âåùåñòâà äîëæíî áûòü
öåëîå ÷èñëî àòîìîâ ýëåìåíòà X, íóæíî íàéòè
íàèáîëüøèé îáùèé äåëèòåëü ïîëó÷åííûõ âåëè÷èí. Îí
ñîñòàâëÿåò 35,44 ã/ìîëü, è ýòî ÷èñëî ìîæíî ñ÷èòàòü
âåðîÿòíîé àòîìíîé ìàññîé ýëåìåíòà X.
8. Îáúÿñíèòü ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà ëåãêî
ñóìååò ëþáîé ñîâðåìåííûé õèìèê. Õîðîøî èçâåñòíî,
÷òî âîçãîíêà íàøàòûðÿ – õëîðèäà àììîíèÿ –
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îáðàòèìûé ïðîöåññ
òåðìè÷åñêîãî ðàçëîæåíèÿ ýòîé ñîëè:
| NH4Cl | NH3 | + HCl. | |
| 53,5 | 17 | 36,5 |
 ãàçîâîé ôàçå íàõîäÿòñÿ àììèàê è õëîðîâîäîðîä,
èõ ñðåäíÿÿ îòíîñèòåëüíàÿ ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà Ìò
Ìåíåå ïîíÿòíî èçìåíåíèå ðåçóëüòàòà ïðè
íàëè÷èè àñáåñòîâîé ïðîáêè. Îäíàêî â ñåðåäèíå
ïðîøëîãî âåêà èìåííî îïûòû ñ ïîðèñòûìè
(“ñêâàæèñòûìè”) ïåðåãîðîäêàìè ïîêàçàëè, ÷òî
â ïàðàõ íàøàòûðÿ ñîäåðæàòñÿ äâà ãàçà. Áîëåå
ëåãêèé àììèàê ïðîõîäèò ñêâîçü ïîðû áûñòðåå, è åãî
ëåãêî çàìåòèòü ëèáî ïî çàïàõó, ëèáî ñ ïîìîùüþ
âëàæíîé èíäèêàòîðíîé áóìàãè.
Ñòðîãîå âûðàæåíèå äëÿ îöåíêè îòíîñèòåëüíîé
ïðîíèöàåìîñòè ãàçîâ ñêâîçü ïîðèñòûå ïåðåãîðîäêè
äàåò ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêàÿ òåîîèÿ ãàçîâ.
Ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü ìîëåêóë ãàçà
, ãäå R – ãàçîâàÿ
ïîñòîÿííàÿ; Ò – àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà; Ì
– ìîëÿðíàÿ ìàññà. Ïî ýòîé ôîðìóëå àììèàê äîëæåí
äèôôóíäèðîâàòü áûñòðåå õëîðîâîäîðîäà:
Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè ââåäåíèè â ãîðëî êîëáû
àñáåñòîâîé ïðîáêè ãàç â êîëáå óñïååò íåñêîëüêî
îáîãàòèòüñÿ òÿæåëûì ÍÑ1 çà âðåìÿ, ïîêà ïðîèñõîäèò
âûðàâíèâàíèå äàâëåíèÿ ñ àòìîñôåðíûì.
Îòíîñèòåëüíàÿ ïëîòíîñòü ãàçà ïðè ýòîì
âîçðàñòàåò. Ïðè óâåëè÷åíèè ìàññû NH4C1
äàâëåíèå, ðàâíîå àòìîñôåðíîìó, óñòàíîâèòñÿ ïîçæå
(àñáåñòîâàÿ ïðîáêà ïðåïÿòñòâóåò áûñòðîìó
âûòåêàíèþ ïàðîâ èç êîëáû), ãàç â êîëáå áóäåò
ñîäåðæàòü õëîðîâîäîðîäà áîëüøå, ÷åì â ïðåäûäóùåì
ñëó÷àå; ïëîòíîñòü ãàçà óâåëè÷èòñÿ.
Источник