Газы, насыщенные водяными парами

Парциальные давления газов в смеси необходимо учитывать при проведении экспериментов с газами. Так, например, если газ собран над жидкостью, то при расчётах следует иметь в виду, что его давление является парциальным и равно разности общего давления газовой смеси (Р) и парциального давления пара жидкости - р(Н₂О):

(1.15)

Согласно закону Дальтона объем сухого газа составляет:

(1.16)

Объемная доля сухого газа равна:

(1.17)

Объединив уравнения 1.16 и 1.17, получим формулу для вычисления объема сухого газа в условиях опыта:

(1.18)

Для приведения объема влажного газа к нормальным условиям необходимо воспользоваться объединенным газовым законом (формула 1.4):

(1.19)

Уравнение Менделеева – Клайперона для влажного газа будет выглядеть следующим образом:

(1.20)

 

Пример 6. В газометре над водой при температуре 25°С находятся 5,20 л кислорода под давлением 102,4 кПа. Каков объем сухого кислорода, если кПа?

Решение:

Объемная доля кислорода в газовой смеси пропорциональна парциальному давлению газа:

;

кПа;

Объем сухого газа

;

л.

 

Пример 7. Какой объем займут при н.у. 120 мл азота, собранного над водой при 20°С и 100 кПа, если кПа?

Решение:

к/Па

Объемная доля азота в смеси: φ = 97,7/100 = 0,997, а объем сухого азота:

V(N₂) = 120 × 97,7 = 117,24 мл

мл.

Пример 8. 1 л сухого газа при н. у.имеет массу 2 г. Какова масса 1 л влажного газа при этих условиях? Р_Н2О =0,61 кПа.

Решение: 1) Молярная масса газа при н. у. составит:

m/V×22,4 =2/1×22,4 =44,8г/моль

2) Количество вещества воды в 1 л влажного газа:

n(H₂O) = φ(H₂O)×V*/V_m, φ(H₂O) = Р_Н2О/P_o

n(H₂O) = 0,61×1/101,325×22,4 = 0,27×10^-3 моль

3) Изменение массы составит:

Δm = m(газа) – m (H₂O) = n(H₂O)×(M_газа –M_H2O)

Δm = 0,27×10^-3(44,8 – 18) = 0,007 г

4) m(вл. газа) = 2 – 0,007 = 1,993 г

Задачи для самостоятельного решения

21. Над водой при 27^оС и давлении 100 кПа собрано 450 мл водорода. Найдите, какой объем будет занимать сухой водород при нормальных условиях? (Для решения задачи воспользоваться данными таблицы 1 Приложения).

22. Чему равна масса метана объемом 10 л, насыщенного водяными парами при 20⁰С и давлении 0,986 10⁵ Па? (Для решения задачи воспользоваться данными таблицы 1Приложения).

23. Каков объем 400 г кислорода, насыщенного водяными парами при 27^оС и давлении 740 мм рт. ст.? (Для решения задачи воспользоваться данными таблицы 1 Приложения).

24. 200 м³ газовой смеси 3Н₂ + 7СН₄ находятся при 27^оС и Р = 780 мм рт. ст. Газ насыщен водяными парами. Вычислить: а) массу газовой смеси в сухом состоянии; б) массы водорода и метана.

25. Какова масса 100 м³ СО, взятого при 20^оС и Р = 720 мм рт. ст., если газ насыщен водяными парами?.? (Для решения задачи воспользоваться данными таблицы 1 Приложения).

26. Масса некоторого объема сухого СО₂ при н.у. 10 г. Найти массу такого же объема газа при 25^оС и давлении 110 кПа после насыщения водяными парами. Взаимодействием углекислого газа с водой пренебречь! (Для решения задачи воспользоваться данными таблицы 1 Приложения).

27. Сколько граммов воды заключается заключается в 1 м³ воздуха, насыщенного водяными парами при 28^оС?.? (Для решения задачи воспользоваться данными таблицы 1 Приложения).

28. Сколько граммов сухого кислорода содержится в 1 л влажного газа при 18^оС и давлении 732 мм рт. ст, если Р_Н2О^18оС = 15,48 мм рт. ст.

//Подсказка: Воспользуйтесь формулой 1.20//

Озонированный кислород

В химической практике для усиления окислительной способности вместо воздуха или чистого кислорода используется частично озонированный кислород. Для этого поток кислорода пропускают через озонатор. При этом до 20 -25% кислорода превращается в озон по реакции:

3 О₂ ↔ 2 О₃ (1.21)

Объем озонированного кислорода, согласно уравнению 5.1, должен быть меньше, чем объем чистого кислорода.

Пример 9. При прохождении через озонатор 10 л кислорода 9% его превратились в озон. Вычислите объем озонированного кислорода.

Решение: Согласно уравнению 5.1 из 10 л кислорода в озон превратилось

10 ּ0,09 =0,9 л кислорода, а озона образовалось 0,9 2/3 = 0,6 л.

В смеси осталось 10 – 0,9 = 9,1 л кислорода.

Суммарный объем полученной смеси газов составил 0,6 + 9,1 = 9,7 л.

Задачи для самостоятельного решения

29. (Обратная задача). Какой объем занимает кислород после разложения 600 мл озонированного кислорода, содержащего 30% озона?

30. Смесь озона и кислорода имеет плотность по водороду 18. Определите объемные доли газов в смеси.

31. Какой объем озонированного кислорода, содержащего 24% озона по объему, потребуется для сжигания 11,2 водорода?

32. Для полного сжигания 2 л этана используется 6,23 л озонированного кислорода. Найдите массовую долю озона в газовой смеси.

33. Если кислород, содержащийся в воздухе (объемная доля 24%) полностью перейдет в озон, чему будет равна плотность полученной газовой смеси относительно обычного воздуха?