ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ. ПРОСТЕЙШИЕ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

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.

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-08; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.108.188 (0.006 с.)