Как найти объемные доли газов в смеси. Нахождение молярного объема газов

В состав воздуха входит несколько различных газов: кислород, азот, углекислый газ, благородные газы, водяные пары и некоторые другие вещества. Содержание каждого из этих газов в чистом воздухе строго определенно.

Для того чтобы выразить состав смеси газов в цифрах, т. е. количественно, используют особую величину, которую называют объемной долей газов в смеси.

Объемную долю газа в смеси обозначают буквой φ (фи).

Что же показывает объемная доля газа в смеси, или, как говорят, каков физический смысл этой величины? Она показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ.

Если бы нам удалось разделить 100 л воздуха на отдельные газообразные компоненты, мы получили бы около 78 л азота N 2 , 21 л кислорода О 2 , 0,03 л углекислого газа СО 2 , в оставшемся объеме содержались бы так называемые благородные газы (главным образом аргон Аr) и некоторые другие вещества (рис. 77).

Рис. 77. Диаграмма атмосферного воздуха

Давайте рассчитаем объемные доли этих газов в воздухе:

Сумма объемных долей всех газов в смеси всегда равна 1, или 100%:

Тот воздух, который мы выдыхаем, гораздо беднее кислородом (его объемная доля снижается до 16%), зато содержание углекислого газа возрастает до 4% . Такой воздух для дыхания уже непригоден. Вот почему помещение, в котором находится много людей, надо регулярно проветривать.

В химии, в производстве чаще приходится сталкиваться с обратной задачей: определять объем газа в смеси по известной объемной доле. Вычислим, к примеру, какой объем кислорода содержится в 500 л воздуха.

Из определения объемной доли газа в смеси

выразим объем кислорода:

Подставим в уравнение числа и рассчитаем объем кислорода:

Кстати, для приближенных расчетов объемную долю кислорода в воздухе можно принять равной 0,2, или 20%.

При расчете объемных долей газов в смеси можно воспользоваться одной маленькой хитростью. Зная, что сумма объемных долей равна 100%, для «последнего» газа в смеси эту величину можно рассчитать вычитанием из 100% известных величин.

Задача 5. Анализ атмосферы Венеры показал, что в 50 мл ве-нерианской атмосферы содержится 48,5 мл углекислого газа и 1,5 мл азота. Рассчитайте объемные доли газов в атмосфере этой планеты.

2. Вычислим объемную долю азота в смеси, зная, что сумма объемных долей газов в смеси равна 100% :

С помощью какой величины измеряют содержание компонентов в смесях другого типа, например в растворах? Понятно, что в этом случае пользоваться объемной долей неудобно. На помощь приходит новая величина, о которой вы узнаете на следующем уроке.

Вопросы и задания

1. Что такое объемная доля компонента в газовой смеси?
2. Объемная доля аргона в воздухе 0,9%. Какой объем воздуха необходим для получения 5 л аргона?
3. При разделении воздуха было получено 224 л азота. Какие объемы кислорода и углекислого газа были получены при этом?
4. Объемная доля метана в природном газе составляет 92%. Какой объем этой газовой смеси будет содержать 4,6 мл метана?
5. Смешали 6 л кислорода и 2 л углекислого газа. Найдите объемную долю каждого газа в полученной смеси.

Часть I

1. Для жидких и твёрдых смесей массовая доля компонента (w) рассчитывается по формуле:

2. Объёмная доля компонента газообразной смеси (φ) рассчитывается по формуле:

3. Используя материал пунктов 1 и 2, выведите формулы для расчётов:

4. Для расчёта m раствора, если известны его плотность и объём, используют формулу, известную из курса физики: m(р-ра)=V*P

Часть II

1. В 40 г дистиллированной воды растворили 2 г хлорида натрия. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.

2. В 2 л раствора серной кислоты содержится 456 г H2SO4. Рассчитайте массовую долю растворённого вещества, учитывая, что плотность раствора равна 1,14 г/мл.

3. Сколько воды и соли нужно взять, чтобы приготовить 250 г 10%-го раствора нитрата натрия?

5. Какова массовая доля сахара в растворе, полученном при упаривании 200 г 20%-го раствора до 70 г? Ответ округлить до десятых.

6. Смешали 120 г 40%-го и 280 г 10%-го раствора азотной кислоты. Определите массовую долю азотной кислоты в полученном растворе.

7. Сколько хлороводорода нужно растворить в 1 м3 воды, чтобы получить 20%-й раствор? Вычислите массу и объём (н. у.) хлороводорода.

8. В воздухе содержится 21% кислорода и 78% азота по объёму. Рассчитайте объём кислорода и азота в 250 м3 воздуха. Определите для каждого газа количество вещества и массу.

Молярный объем газа равен отношению объема газа к количеству вещества этого газа, т.е.

V m = V(X) / n(X),

где V m - молярный объем газа - постоянная величина для любого газа при данных условиях;

V(X) – объем газа Х;

n(X) – количество вещества газа Х.

Молярный объем газов при нормальных условиях (нормальном давлении р н = 101 325 Па ≈ 101,3 кПа и температуре Т н =273,15 К ≈ 273 К) составляет V m = 22,4 л/моль.

Законы идеальных газов

В расчетах, связанных с газами, часто приходится переходить от данных условий к нормальным или наоборот. При этом удобно пользоваться формулой, следующей из объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

pV / Т = p н V н / Т н

Где p -давление; V - объем; Т- температура вшкале Кельвина; индекс «н» указывает на нормальные условия.

Объемная доля

Состав газовых смесей часто выражают при помощи объемной доли - отношения объема данного компонента к общему объему системы, т.е.

φ(Х) = V(X) / V

где φ(Х) - объемная доля компонента Х;

V(X) - объем компонента Х;

V - объем системы.

Объемная доля - безразмерная величина, её выражают в долях от единицы или в процентах.

Пример 1. Какой объем займет при температуре 20°С и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г?

Пример 2. Определите объем, который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая водород, массой 1,4 г и азот, массой 5,6 г.

Закон объемных отношений

Как решить задачу с использованием «Закона объемных отношений»?

Закон объемных отношений: объемы газов, участвующих в реакции, относятся друг к другу как небольшие целые числа, равные коэффициентам в уравнении реакции.

Коэффициенты в уравнениях реакций показывают числа объемов реагирующих и образовавшихся газообразных веществ.

Пример. Вычислите объем воздуха, необходимый для сгорания 112 л ацетилена.

1. Составляем уравнение реакции:

2. На основании закона объемных отношений вычисляем объем кислорода:

112 / 2 = Х / 5, откуда Х = 112 · 5 / 2 = 280л

3. Определяем объм воздуха:

V(возд) = V(O 2) / φ(O 2)

V(возд) = 280 / 0,2 = 1400 л.

Смысл величины

Объёмная доля вычисляется по формуле:

• V 1 - объём растворённого вещества в единицах объёма;
• V - общий объём раствора в тех же единицах.

Объёмная доля в химии

В химии величина используется в основном для газов, потому что объемная доля газовой смеси при н.у. равна его молярной концентрации.
Принято выражать объёмную долю в процентах.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Объёмная доля" в других словарях:

объёмная доля - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN volume fraction …

Безразмерная физ. величина, характеризующая состав смеси и равная отношению объёма компонента смеси, приведённого к физ. условиям смеси, к объёму смеси. О. д. выражается в долях единицы, например в сотых (проценты), тысячных (промилле),… …

объёмная доля нефти в продукции скважины в данный момент времени - — Тематики нефтегазовая промышленность EN oil holdup … Справочник технического переводчика

пористость объёмная - Доля пустот в объёме мембраны. [РХТУ им. Д.И. Менделеева, кафедра мембранной технологии] Тематики мембранные технологии … Справочник технического переводчика

1) рус. ед. массы, применявшаяся до введения метрической системы мер. 1 Д. равна 1/96 золотника, или 44,434 9 мг. Д. применялась и в качестве ед. веса (1 Д.= 44,4349 мгс = = 0,435 758 мН). 2) Часть целого, например массовая доля, молярная доля,… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Миллиардная доля единица измерения концентрации, и других относительных величин, миллиардная доля аналогична по смыслу проценту или промилле. Обозначается сокращением млрд−1 или ppb (англ. Parts per billion, читается «пи пи би»,… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Ppm. Миллионная доля, пропромилле, (ppm) аббревиатура обозначает миллионную долю каких либо относительных величин (1 10−6 от базового показателя). Аналогична по смыслу проценту или промилле … Википедия

Концентрация величина, характеризующая количественный состав раствора. Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л … Википедия

Концентрация величина, характеризующая количественный состав раствора. Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л) … Википедия