Prostornina plina pri normalnih pogojih. Molarna prostornina

Ena od osnovnih enot v mednarodnem sistemu enot (SI) je Količinska enota snovi je mol.

Krt – to je količina snovi, ki vsebuje toliko strukturnih enot dane snovi (molekul, atomov, ionov itd.), kolikor ogljikovih atomov vsebuje 0,012 kg (12 g) izotopa ogljika 12 Z .

Glede na to, da je vrednost absolutne atomske mase za ogljik enaka m(C) = 1,99 10  26 kg, lahko izračunamo število ogljikovih atomov n A, ki ga vsebuje 0,012 kg ogljika.

En mol katere koli snovi vsebuje enako število delcev te snovi (strukturnih enot). Število strukturnih enot, ki jih vsebuje snov s količino enega mola, je 6,02 10 23 in se imenuje Avogadrovo število (n A ).

Na primer, en mol bakra vsebuje 6,02 10 23 atomov bakra (Cu), en mol vodika (H 2) pa vsebuje 6,02 10 23 molekul vodika.

Molska masa(M) je masa snovi, vzete v količini 1 mol.

Molska masa je označena s črko M in ima dimenzijo [g/mol]. V fiziki uporabljajo enoto [kg/kmol].

V splošnem primeru številčna vrednost molske mase snovi številčno sovpada z vrednostjo njene relativne molekulske (relativne atomske) mase.

Na primer, relativna molekulska masa vode je:

Мr(Н 2 О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 a.m.u.

Molska masa vode ima enako vrednost, vendar je izražena v g/mol:

M (H 2 O) = 18 g/mol.

Tako ima mol vode, ki vsebuje 6,02 10 23 molekul vode (oziroma 2 6,02 10 23 atomov vodika in 6,02 10 23 atomov kisika), maso 18 gramov. Voda s količino snovi 1 mol vsebuje 2 mola atomov vodika in en mol atomov kisika.

1.3.4. Razmerje med maso snovi in ​​njeno količino

Poznavanje mase snovi in ​​njenih kemijska formula, in s tem vrednost njegove molske mase, lahko določite količino snovi in, nasprotno, če poznate količino snovi, lahko določite njeno maso. Za takšne izračune uporabite formule:

kjer je ν količina snovi, [mol]; m– masa snovi, [g] ali [kg]; M – molska masa snovi, [g/mol] ali [kg/kmol].

Na primer, da bi našli maso natrijevega sulfata (Na 2 SO 4) v količini 5 molov, najdemo:

1) vrednost relativne molekulske mase Na 2 SO 4, ki je vsota zaokroženih vrednosti relativnih atomskih mas:

Мr(Na 2 SO 4) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,

2) številčno enaka vrednost molske mase snovi:

M(Na 2 SO 4) = 142 g/mol,

3) in končno maso 5 molov natrijevega sulfata:

m = ν M = 5 mol · 142 g/mol = 710 g.

Odgovor: 710.

1.3.5. Razmerje med prostornino snovi in ​​njeno količino

pri normalne razmere(n.s.), tj. pri pritisku R , enako 101325 Pa (760 mm Hg), in temperaturo T, enaka 273,15 K (0 С), en mol različnih plinov in hlapov zavzema enako prostornino, ki je enaka 22,4 l.

Prostornina, ki jo zaseda 1 mol plina ali pare na tleh, se imenuje molski volumenplin in ima dimenzijo liter na mol.

V mol = 22,4 l/mol.

Poznavanje količine plinaste snovi (ν ) in molska prostorninska vrednost (V mol) lahko izračunate njegovo prostornino (V) pri normalnih pogojih:

V = ν V mol,

kjer je ν količina snovi [mol]; V – prostornina plinaste snovi [l]; V mol = 22,4 l/mol.

In, nasprotno, poznavanje glasnosti ( V) plinaste snovi pri normalnih pogojih je mogoče izračunati njeno količino (ν). :

: V = n*Vm, kjer je V prostornina plina (l), n je količina snovi (mol), Vm je molska prostornina plina (l/mol), pri normali (norma) je standardna vrednost in je enak 22,4 l/mol. Zgodi se, da pogoj ne vsebuje količine snovi, je pa masa določene snovi, potem naredimo takole: n = m/M, kjer je m masa snovi (g), M je molska masa snovi (g/mol). Molsko maso najdemo s pomočjo tabele D.I. Mendelejev: pod vsakim elementom je njegova atomska masa, seštejte vse mase in dobite, kar potrebujemo. Toda takšne naloge so precej redke, običajno prisotne v nalogah. Rešitev tovrstnih težav se nekoliko spremeni. Poglejmo si primer.

Kolikšna količina vodika se bo sprostila pri normalnih pogojih, če aluminij, ki tehta 10,8 g, raztopimo v presežku klorovodikove kisline.

Če imamo opravka s plinski sistem, potem velja naslednja formula: q(x) = V(x)/V, kjer je q(x)(phi) delež komponente, V(x) prostornina komponente (l), V je prostornina sistema (l). Da bi našli prostornino komponente, dobimo formulo: V(x) = q(x)*V. In če morate najti prostornino sistema, potem: V = V(x)/q(x).

Opomba

Obstajajo še druge formule za iskanje prostornine, vendar če morate najti prostornino plina, so primerne samo formule, navedene v tem članku.

Viri:

• "Kemijski priročnik", G.P. Homčenko, 2005.
• kako najti količino dela
• Poiščite prostornino vodika med elektrolizo raztopine ZnSO4

Idealen plin je tisti, v katerem je interakcija med molekulami zanemarljiva. Poleg tlaka sta stanje plina značilna tudi temperatura in prostornina. Razmerja med temi parametri se odražajo v plinskih zakonih.

Navodila

Tlak plina je neposredno sorazmeren z njegovo temperaturo, količino snovi in ​​obratno sorazmeren s prostornino posode, ki jo zaseda plin. Proporcionalni koeficient je univerzalna plinska konstanta R, približno enaka 8,314. Izmeri se v joulih, deljenih z moli in z .

Ta položaj tvori matematično odvisnost P=νRT/V, kjer je ν količina snovi (mol), R=8,314 univerzalna plinska konstanta (J/mol K), T temperatura plina, V prostornina. Pritisk je izražen v. Lahko se izrazi z , z 1 atm = 101,325 kPa.

Obravnavana odvisnost je posledica Mendeleev-Clapeyronove enačbe PV=(m/M) RT. Tukaj je m masa plina (g), M je njegova molska masa (g/mol), ulomek m/M pa daje skupno količino snovi ν ali število molov. Mendelejev-Clapeyronova enačba velja za vse pline, ki jih lahko upoštevamo. To je fizično

Kjer je m masa, M molska masa, V prostornina.

4. Avogadrov zakon. Ustanovil ga je italijanski fizik Avogadro leta 1811. Enake prostornine katerega koli plina, vzete pri enaki temperaturi in enakem tlaku, vsebujejo enako število molekul.

Tako lahko oblikujemo koncept količine snovi: 1 mol snovi vsebuje število delcev, ki je enako 6,02 * 10 23 (imenovano Avogadrova konstanta)

Posledica tega zakona je, da Pri normalnih pogojih (P 0 =101,3 kPa in T 0 =298 K) zavzame 1 mol katerega koli plina prostornino, ki je enaka 22,4 litra.

5. Boyle-Mariottov zakon

pri konstantna temperatura Prostornina dane količine plina je obratno sorazmerna s tlakom, pod katerim se nahaja:

6. Gay-Lussacov zakon

Pri konstantnem tlaku je sprememba prostornine plina neposredno sorazmerna s temperaturo:

V/T = konst.

7. Lahko se izrazi razmerje med prostornino plina, tlakom in temperaturo kombinirano Boyle-Mariottovo in Gay-Lussacovo pravo, ki se uporablja za pretvorbo prostornine plina iz enega stanja v drugega:

P 0 , V 0 , T 0 - prostorninski tlak in temperatura pri normalnih pogojih: P 0 =760 mm Hg. Umetnost. ali 101,3 kPa; T 0 =273 K (0 0 C)

8. Neodvisna ocena molekularne vrednosti maše M se lahko izvede s pomočjo t.i enačbe stanja idealen plin ali Clapeyron-Mendelejevih enačb :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

Kje R - tlak plina v zaprtem sistemu, V- prostornina sistema, T - plinska masa, T - absolutna temperatura, R- univerzalna plinska konstanta.

Upoštevajte, da je vrednost konstante R lahko dobimo tako, da v enačbo (1.1) nadomestimo vrednosti, ki označujejo en mol plina pri normalnih pogojih:

r = (p V)/(T)=(101,325 kPa 22,4 l)/(1 mol 273K)=8,31J/mol.K)

Primeri reševanja problemov

Primer 1. Priprava prostornine plina na normalne pogoje.

Kakšno prostornino (n.s.) bo zavzelo 0,4×10 -3 m 3 plina, ki se nahaja pri 50 0 C in tlaku 0,954×10 5 Pa?

rešitev.Če želite količino plina prilagoditi normalnim pogojem, uporabite splošna formula, ki združuje Boyle-Mariottov in Gay-Lussacov zakon:

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Prostornina plina (n.s.) je enaka, kjer je T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.

Pri (norma) plin zavzema prostornino, ki je enaka 0,32×10 -3 m 3 .

Primer 2. Izračun relativne gostote plina iz njegove molekulske mase.

Izračunajte gostoto etana C 2 H 6 glede na vodik in zrak.

rešitev. Iz Avogadrovega zakona sledi, da je relativna gostota enega plina proti drugemu enaka razmerju molekulskih mas ( M h) teh plinov, tj. D=M 1 /M 2. če M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, povprečna molekulska masa zraka je 29, potem je relativna gostota etana glede na vodik D H2 = 30/2 =15.

Relativna gostota etana v zraku: D zrak= 30/29 = 1,03, tj. etan je 15-krat težji od vodika in 1,03-krat težji od zraka.

Primer 3. Določanje povprečne molekulske mase mešanice plinov z relativno gostoto.

Izračunaj povprečje molekularna teža mešanica plinov, sestavljena iz 80 % metana in 20 % kisika (po prostornini), z uporabo relativne gostote teh plinov glede na vodik.

rešitev. Pogosto se izračuni izvajajo v skladu s pravilom mešanja, ki pravi, da je razmerje prostornin plinov v dvokomponentni plinski mešanici obratno sorazmerno z razlikami med gostoto mešanice in gostotami plinov, ki sestavljajo to mešanico. . Označimo relativna gostota mešanica plinov z vodikom skozi D H2. Ona bo večjo gostoto metan, ampak manjša gostota kisik:

80D H2 – 640 = 320 – 20 D H2; D H2 = 9,6.

Gostota vodika te mešanice plinov je 9,6. povprečna molekulska masa mešanice plinov M H2 = 2 D H2 = 9,6×2 = 19,2.

Primer 4. Izračun molske mase plina.

Masa plina 0,327×10 -3 m 3 pri 13 0 C in tlaku 1,040×10 5 Pa je enaka 0,828×10 -3 kg. Izračunajte molsko maso plina.

rešitev. Molsko maso plina lahko izračunamo z uporabo Mendeleev-Clapeyronove enačbe:

Kje m– masa plina; M– molska masa plina; R– molska (univerzalna) plinska konstanta, katere vrednost je določena s sprejetimi merskimi enotami.

Če se tlak meri v Pa in prostornina v m3, potem R=8,3144×10 3 J/(kmol×K).

3.1. Pri izvajanju meritev atmosferskega zraka, zraka delovnih prostorov ter industrijskih izpustov in ogljikovodikov v plinovodih se pojavi problem spraviti količine izmerjenega zraka v normalne (standardne) pogoje. Pogosto se v praksi pri meritvah kakovosti zraka izmerjene koncentracije ne preračunajo na normalne pogoje, kar ima za posledico nezanesljive rezultate.

Tukaj je izvleček iz standarda:

»Meritve vodijo do standardnih pogojev z uporabo naslednje formule:

C 0 = C 1 * P 0 T 1 / P 1 T 0

kjer: C 0 - rezultat, izražen v enotah mase na enoto prostornine zraka, kg / kubični meter. m ali količina snovi na prostorninsko enoto zraka, mol/kubični. m, pri standardni temperaturi in tlaku;

C 1 - rezultat, izražen v enotah mase na enoto prostornine zraka, kg / kubični meter. m ali količino snovi na enoto prostornine

zrak, mol/kub. m, pri temperaturi T 1, K in tlaku P 1, kPa.«

Formula za redukcijo na normalne pogoje v poenostavljeni obliki ima obliko (2)

C 1 = C 0 * f, kjer je f = P 1 T 0 / P 0 T 1

standardni pretvorbeni faktor za normalizacijo. Parametri zraka in nečistoč se merijo pri različnih vrednostih temperature, tlaka in vlažnosti. Rezultati zagotavljajo standardne pogoje za primerjavo izmerjenih parametrov kakovosti zraka na različnih lokacijah in različnih podnebjih.

3.2 Običajni pogoji v industriji

Normalni pogoji so standardni fizikalni pogoji, s katerimi so običajno povezane lastnosti snovi (Standardna temperatura in tlak, STP). Normalne pogoje definira IUPAC (Mednarodna zveza za praktično in uporabno kemijo), kot sledi: Atmosferski tlak 101325 Pa = 760 mm Hg Temperatura zraka 273,15 K = 0°C.

Standardni pogoji (Standardna temperatura in tlak okolice, SATP) so normalna temperatura in tlak okolice: tlak 1 Bar = 10 5 Pa = 750,06 mm T. Art.; temperatura 298,15 K = 25 °C.

Druga področja.

Meritve kakovosti zraka.

Rezultati meritev koncentracij škodljivih snovi v zraku delovnega prostora vodijo do naslednjih pogojev: temperatura 293 K (20 ° C) in tlak 101,3 kPa (760 mm Hg).

Aerodinamične parametre emisij onesnaževal je treba meriti v skladu z veljavnimi vladnimi standardi. Količine izpušnih plinov, dobljene iz rezultatov instrumentalnih meritev, je treba zmanjšati na normalne pogoje (norma): 0°C, 101,3 kPa..

Letalstvo.

Mednarodna organizacija civilno letalstvo(ICAO) definira mednarodno standardno atmosfero (ISA) na morski gladini s temperaturo 15 °C, atmosferskim tlakom 101325 Pa in relativno vlažnostjo 0 %. Ti parametri se uporabljajo pri izračunu gibanja letala.

Plinska industrija.

Plinska industrija Ruska federacija pri plačilih potrošnikom uporablja atmosferske pogoje v skladu z GOST 2939-63: temperatura 20°C (293,15K); tlak 760 mm Hg. Umetnost. (101325 N/m²); vlažnost je 0. Tako je masa kubičnega metra plina po GOST 2939-63 nekoliko manjša kot pri "kemičnih" normalnih pogojih.

Testi

Za preskušanje strojev, instrumentov in drugih tehničnih izdelkov se kot normalne vrednosti klimatskih dejavnikov pri preskušanju izdelkov (normalni klimatski preskusni pogoji) upoštevajo:

Temperatura - plus 25°±10°С; Relativna vlažnost - 45-80%

Atmosferski tlak 84-106 kPa (630-800 mmHg)

Overitev merilnih instrumentov

Nominalne vrednosti najpogostejših normalnih vplivnih veličin so izbrane na naslednji način: temperatura - 293 K (20 ° C), atmosferski tlak - 101,3 kPa (760 mm Hg).

Racioniranje

Smernice za vzpostavitev standardov kakovosti zraka kažejo, da se mejne dovoljene koncentracije v atmosferskem zraku ugotavljajo pri normalnih notranjih pogojih, tj. 20 C in 760 mm. rt. Umetnost.

P1V1=P2V2 ali, kar je isto, PV=const (Boyle-Mariottov zakon). Pri konstantnem tlaku ostaja razmerje med prostornino in temperaturo konstantno: V/T=const (Gay-Lussacov zakon). Če popravimo glasnost, potem je P/T=const (Charlesov zakon). Kombinacija teh treh zakonov daje univerzalni zakon, ki pravi, da je PV/T=const. Ta enačba je leta 1834 ustanovil francoski fizik B. Clapeyron.

Vrednost konstante določa le količina snovi plin. DI. Mendelejev je leta 1874 izpeljal enačbo za en mol. Torej je vrednost univerzalne konstante: R=8,314 J/(mol∙K). Torej PV=RT. V primeru poljubne količine plinνPV=νRT. Količina same snovi se lahko izračuna od mase do molske mase: ν=m/M.

Molska masa je številčno enaka relativni molekulski masi. Slednji je praviloma naveden v celici elementa. Molekulska masa je enaka vsoti molekulskih mas njegovih sestavnih elementov. V primeru atomov z različnimi valencami je potreben indeks. Vklopljeno pri mer, M(N2O)=14∙2+16=28+16=44 g/mol.

Normalni pogoji za pline pri Običajno se domneva, da je P0 = 1 atm = 101,325 kPa, temperatura T0 = 273,15 K = 0 °C. Zdaj lahko najdete prostornino enega mola plin pri normalno pogoji: Vm=RT/P0=8,314∙273,15/101,325=22,413 l/mol. Ta vrednost v tabeli je molska prostornina.

V normalnih pogojih pogoji količina glede na prostornino plin k molskemu volumnu: ν=V/Vm. Za poljubno pogoji neposredno morate uporabiti Mendeleev-Clapeyronovo enačbo: ν=PV/RT.

Tako najti glasnost plin pri normalno pogoji, potrebujete količino snovi (število molov) tega plin pomnožimo z molsko prostornino, ki je enaka 22,4 l/mol. Z obratno operacijo lahko poiščete količino snovi iz dane prostornine.

Za iskanje prostornine enega mola snovi v trdnem oz tekoče stanje, poiščite njegovo molsko maso in jo delite z gostoto. En mol katerega koli plina ima pri normalnih pogojih prostornino 22,4 litra. Če se pogoji spremenijo, izračunajte prostornino enega mola z enačbo Clapeyron-Mendeleev.

Boste potrebovali

• Periodni sistem Mendelejeva, tabela gostote snovi, manometer in termometer.

Navodila

Določanje prostornine enega mola ali trdne snovi
Določite kemijsko formulo trdne ali tekočine, ki jo preučujete. Nato z uporabo periodni sistem Poiščite Mendelejeva atomske mase elementov, ki so vključeni v formulo. Če je eden vključen v formulo več kot enkrat, pomnožite njegovo atomsko maso s tem številom. Seštejte atomske mase in dobite molekulsko maso, iz katere je sestavljen trdna ali tekočina. Številčno bo enaka molski masi, izmerjeni v gramih na mol.

S pomočjo tabele gostot snovi poiščite to vrednost za material telesa ali tekočine, ki jo proučujete. Nato molsko maso delite z gostoto snovi, merjeno v g/cm³ V=M/ρ. Rezultat je prostornina enega mola v cm³. Če snov ostane neznana, bo nemogoče določiti prostornino enega mola le-te.