Как найти плотность смеси по водороду
Перейти к содержимому

Как найти плотность смеси по водороду

  • автор:

5. Определите плотность по водороду газовой смеси, состоящей из 12 л этана и 3 л этилена.

Так как объемные доли численно равны молярным, то мы можем рассчитать среднюю молярную массу данной смеси:

Источник:

Решебник по химии за 11 класс к учебнику Химия. 11 класс О.С.Габриелян

Решебник по химии за 11 класс (О.С.Габриелян, 2002 год),
задача №5
к главе «Глава 4. Вещества и их свойства. §17. Классификация веществ».

Определите относительную плотность по водороду газовой смеси, состоящей из равных объемов водорода и гелия.

Определите относительную плотность по водороду газовой смеси, состоящей из равных объемов водорода и гелия. Ответ: 3.

Не сходится ответ. Получается в два раза меньше. Мое решение:

Т.к. объемы водорода и гелия равны -> объемные доли (φ тоже равны, т.е. φ(H2)=φ(He) =50%)
Пусть n(газовой смеси)=1 моль. Тогда V(газовой смеси) = n * Vm
V(H2) = V * φ(H2) = n * Vm * φ(H2)
n(H2) = V(H2) / Vm = (n * Vm * φ(H2))/Vm = n * φ(H2) = 1 моль * (50%/100%) = 0.5 моль
n(He) = n * φ(He) = 1 моль * 0.5 = 0.5 моль
m(H2) = M * n — 2г/моль * 0.5 моль = 1 г
m(He) = M * n = 4 г/моль * 0.5 моль = 2 г
m(газовой смеси) = m(H2) + m(He) = 1+2 = 3 г
M(газовой смеси) = m/n = 3 г / 1 моль = 3 г/моль
DH2 = M(газовой смеси) / M(H2) = 3 / 2 = 1.5
Ответ: 1.5

Подскажите, где ошибка, пожалуйста.

Лучший ответ

M(газовой смеси) = M(водорода) · D(по водороду)
D(по водороду) = M(газовой смеси) / M(водорода)
Средняя молярная масса смеси из двух газов считается по такой формуле:
(M1*V1 + M2*V2)/(V1+V2)
Допустим, у нас был 1 л. водорода и 1 л. гелия, тогда имеем:
Мср. = M(газовой смеси) = (2*1+4*1)/(1+1) = 3

D(по водороду) = 3 / 2 = 1,5
То ли я ошибаюсь, то ли в ответах ошибка.

Остальные ответы
Ошибка в ответе.

Ищем моли водорода и гелия.
Допускаем что у нас 1 л водорода и 1 л кислорода, по условию задачи, тогда имеем:
n(H2)=0,446 моль и n(He)=0,446 моль.
Находим массы обоих веществ. m(H2)=0,9 г (примерно, не забываем про 2), а m(H2)=0,18 г (примерно).
Вычисляем массу газовой смеси: m= m (H2)+ m (He)= 0,27
Средняя молярная масса газовой смеси равна: 27/ изначальное n= 0,04496 =6 г/моль
Определяем относительную плотность смеси по водороду: 6/2=3
Ответ: 3

Химия. 10 класс

*§ 8-1. Закон Авогадро. Относительная плотность газов. Объёмная доля газа в смеси

Закон Авогадро. Относительная плотность газов. Объёмная доля газа в смеси

Как вам известно, вещества могут находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Молекулы жидкости и твёрдого вещества располагаются близко друг к другу. Это возможно благодаря тому, что молекулы притягиваются друг к другу. То есть существуют силы, которые удерживают молекулы жидкости или твёрдого вещества вместе. Из курса химии 8-го класса вы знаете, что эти силы называются силами межмолекулярного взаимодействия. Молекулы газов находятся на значительно большем расстоянии друг от друга, чем в случае жидкостей и твёрдых веществ. На таком расстоянии молекулы практически не взаимодействуют друг с другом. Поэтому, чтобы превратить жидкость или твёрдое вещество в газ, необходимо преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия, отдалив молекулы друг от друга.

Переход в газообразное состояние осуществляется в результате нагревания веществ, находящихся в твёрдом или жидком состоянии (кипение жидкостей, возгонка твёрдых веществ).

Так как расстояние между молекулами газов значительно больше размеров самих молекул, то объём, который занимает газ, — это, по существу, объём свободного пространства между хаотически движущимися молекулами газа. Величина этого пространства определяется условиями, при которых находится газ, т. е. температурой и давлением. Эта величина примерно одинакова для всех газов. При этом объёмом, занимаемым самими молекулами, можно пренебречь. Отсюда следует закон Авогадро — в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Интересно знать

Из курса химии 8-го класса вы уже знакомы с постоянной Авогадро, равной 6,02 ∙ 10 23 моль –1 , которая показывает, сколько частиц содержится в одном моле вещества. Эта величина названа в честь выдающегося итальянского учёного Амедео Авогадро, внёсшего значительный вклад в развитие молекулярной физики, электрохимии и других областей естествознания. На основании исследования соотношения объёмов реагирующих и образующихся газов, таких как водород и хлор, кислород и азот, Авогадро впервые предположил, что молекулы азота, кислорода, водорода и хлора состоят из двух атомов. Это предположение, сначала долго не находившее понимания у учёных того времени, впоследствии блестяще подтвердилось.

Из закона Авогадро вытекают два основных следствия.

Первое следствие. Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объём. Этот объём называется молярным объёмом газа (Vm), и измеряется в дм 3 /моль . Молярный объём газа равен отношению объёма газа к его количеству:

.

Величина Vm зависит от температуры и давления. Например, при нагревании газы расширяются. Значит, при нагревании увеличивается молярный объём газа. В связи с этим сравнение характеристик различных газовых смесей необходимо осуществлять при одинаковых условиях — температуре и давлении. В качестве эталона таких условий приняты нормальные условия (н. у.): температура таяния льда (0 °С или 273,15 K) и атмосферное давление (101,3 кПа). При нормальных условиях Vm = 22,4 дм 3 /моль .

Таким образом, из закона Авогадро следует, что 22,4 дм 3 любого газа при нормальных условиях содержат 6,02 ∙ 10 23 молекул.

Второе следствие. Плотности газов относятся между собой как молярные массы газов.

Это видно из следующих соображений. Пусть имеется две порции различных газов. Рассчитаем их плотности:

img

газ 1: ;

img

газ 2: .

Разделив плотность первого газа на плотность второго, получим: .

Отношение плотностей газов, равное отношению молярных масс, называется относительной плотностью одного газа по другому (D) . D — величина безразмерная.

Зная D и молярную массу одного газа, легко найти молярную массу другого газа:

img

Пример 1. Относительная плотность газа по водороду равна 8. Определите молярную массу газа.

Газ с такой молярной массой — метан СH4 .

Пример 2. Относительная плотность некоторого газообразного углеводорода по воздуху равна 2. Определите молярную массу углеводорода.

Средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль ;

Углеводород с такой молярной массой — бутан С4Н10 .

Следует отметить, что газы с молярной массой меньше 29 легче воздуха, больше 29 — тяжелее.

В расчётных задачах могут быть даны относительные плотности неизвестного газа по азоту, кислороду и другим газам. В этом случае для нахождения молярной массы неизвестного газа необходимо умножить относительную плотность на молярную массу соответственно азота (28 г/моль ), кислорода (32 г/моль ) и т. д.

Закон Авогадро широко применяется в химических расчётах. Поскольку для газов объёмы пропорциональны количествам (моль) веществ, то коэффициенты в уравнении реакции между газообразными веществами, отражающие количественное соотношение реагирующих веществ, пропорциональны объёмам взаимодействующих газов. Очевидно, что объёмы должны быть измерены при одинаковых условиях.

Пример 3. Какой объём кислорода потребуется для сжигания 2 дм 3 пропана? Объёмы измерены при н. у.

Уравнение реакции горения пропана:

С3Н8 + 5О2 3СО2 + 4Н2О

Из закона Авогадро следует, что равные объёмы различных газов содержат одинаковое количество (моль) веществ. Пусть объём пропана равен 1 дм 3 . Тогда, согласно приведённому уравнению, для сжигания 1 дм 3 пропана потребуется 5 дм 3 кислорода. Следовательно, для сжигания 2 дм 3 пропана потребуется:

2 дм 3 С3Н810 дм 3 О2

Смеси газов

Рассмотрим две колбы объёмом 0,5 дм 3 . Одна колба заполнена азотом, а другая метаном. Давление и температура в колбах одинаковые. Если смешать содержимое этих колб, то полученная смесь займёт при таких же условиях объём 1 дм 3 .

img

Состав смеси газов часто выражают в объёмных долях. Объёмная доля газа обозначается греческой буквой φ (фи) и равна отношению объёма данного газа к объёму смеси. Рассчитаем объёмную долю азота в полученной выше смеси газов:

φ = = 0,5, или 50 %.

Пример 4. В результате пропускания 150 дм 3 (н. у.) воздуха через избыток известковой воды выпало 0,201 г осадка. Найдите объёмную долю (%) углекислого газа в данном образце воздуха.

Уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с известковой водой:

СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3 + Н2О

Найдём количество (моль) карбоната кальция, выпавшего в осадок (M(CaCO3) = 100 г/моль ):

По уравнению реакции:

Рассчитаем объёмную долю углекислого газа в воздухе:

V(CO2) = 0,00201 ∙ 22,4 = 0,045 дм 3 ;

φ(СО2) = 0,045/150 = 0,0003, или 0,03 %.

Пример 5. Объём смеси водорода с хлором составляет 50 см 3 . После взаимодействия газов осталось 10 см 3 хлора. Найдите состав исходной смеси в объёмных долях. Все объёмы измерены при н. у.

Уравнение реакции взаимодействия водорода с хлором:

H2 + Cl2 2HCl

Поскольку после взаимодействия осталось 10 см 3 хлора, то 40 см 3 исходной смеси прореагировало. Хлор и водород реагируют между собой в равных объёмных отношениях. Исходя из этих соображений, в реакцию вступили по 20 см 3 хлора и водорода. Поскольку осталось 10 см 3 хлора, то в первоначальной смеси было 20 см 3 водорода и 30 см 3 хлора.

Рассчитаем объёмные доли газов в исходной смеси:

φ(Cl2) = 30/50 = 0,6, или 60 %.

Согласно закону Авогадро, в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул.

Один моль любого газа при нормальных условиях (температура таяния льда, атмосферное давление) занимает объём

22,4 дм 3 . Эта величина называется молярным объёмом газа (Vm).

Плотности газов, измеренные при одинаковых условиях, относятся между собой как их молярные массы. Это отношение называется относительной плотностью одного газа по другому газу.

Газы, имеющие молярную массу более 29 г/моль , тяжелее воздуха, а менее 29 г/моль — легче воздуха.

Объёмная доля газа в смеси равна отношению объёма данного газа к общему объёму смеси.

Как найти плотность смеси по водороду

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Определить плотность смеси, содержащей m1= 4 г водорода и m2 = 32 г кислорода при температуре t = 7 °С и общем давлении р = 1·10 6 Па. Молярная масса водорода μ = 2·10 -3 кг/моль, кислорода μ = 32·10 -3 кг/моль, универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж/(моль·К).

Дано:

Решение:

Давление в сосуде

Молярная масса смеси

Подставим в выражение для плотности смеси

Ответ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *