Вычисление массы газов и паров по заданному объему и их объемов по заданной массе

Закон Авогадро. В 1811 году итальянский физик и химик Амедео Авогадро сформулировал один из основных законов химии, современная формулировка которого: в равных объемах любых газов при одинаковых физических условиях содержится одинаковое число частиц (молекул, атомов, а также ионов или электронов, если их концентрация в ионизированных газах не очень велика и взаимодействием внешних электрических и магнитных полей можно пренебречь).

Отсюда логически вытекает, что массы различных газов, равные или пропорциональные их молекулярным массам, при одинаковых условиях занимают одинаковые или пропорциональные объемы. Применительно к 1 молю такой объем называется мольным и составляет 22,413 л при 0 ^оС и 101,3 кПа.

Пример 1. Какова масса 200 л хлора при 0 ^оС и 101,3 кПа?

Решение.

=?

= 200 л = = = 633,2 г

t = 0 ^oC

р = 101,3 кПа

V_m = 22,4 л/моль

= 70,91 г/моль

Ответ. Масса хлора при 0 ^оС и 101,3 кПа составляет 633,2 г.

Пример 2. Вычислить массу 1,8 л H₂S, если объем газа измерен при 17 ^оС и 98,64 кПа.

Решение.

=? V_{н. у.} = = = 1,65 л

t = 17 ^oC

p = 98,64 кПа = = = 2,51 г

= 1,8 л

Т_{н. у.} = 273 К

р_{н. у.} = 101,3 кПа

Ответ. Масса (н. у.) H₂S равна 2,51 г.

Пример 3. Вычислить объем, занимаемый 7 г оксида углерода при 7 ^оС и 104,6 кПа.

Решение.

V_CO =?

t = 7 ^oC V_CO = = = 5,6 л

p = 104 кПа

m_CO = 7 г V_{н.. у.} = = = 5,61 л

М_СО = 28 г/моль

р_{н. у.} = 101,3 кПа

Т_{н. у.} = 273 К

Ответ. Объем монооксида углерода (н. у.) равен 5,61 л.

При вычислениях можно воспользоваться также общей формулой, предложенной Д. И. Менделеевым в 1876 г. Если уравнение Клапейрона

=

отнести к 1 молю любого газа, взятого при 0 ^оС и 1 атм, то получится

= = R или pV = RT,

где R – универсальная (молярная) газовая постоянная, численное выражение которой зависит от единиц, определяющих объем газа и его давление. Так, если объем газа выражен в кубических метрах, а давление – в паскалях, то R принимает значение

R = = = 8,31 м³ ∙ Па ∙ моль^-1 ∙ К^-1.

Произведение объема газа на его давление представляет собой энергию, которая, будучи выражена в джоулях, имеет значение 8,31 Дж ∙ моль^-1 ∙ К^-1.

Применительно к некоторому числу молей газа n это уравнение принимает вид:

pV = nRT.

Так как число молей газа представляет собой частное от деления его массы (m), выраженной в граммах, на массу моля газа (М)

n = m/M,

то уравнение примет вид

.

Это и есть уравнение Клапейрона – Менделеева в окончательном виде.

Воспользуемся им для повторного решения примера 3, в котором массы m и M выражены в килограммах, а давление в паскалях:

= 5,6 ∙ 10^{-3 м3}.

Задачи

51. Вычислить массу 1 л следующих газов при 0 ^оС и 101,3 кПа:

а) водорода; б) кислорода; в) диоксида углерода; г) монооксида углерода; д) фосгена COCl₂; е) оксида азота (IV).

52. Вычислить массу 1 м³ следующих газов при 0 ^оС и 101,3 кПа: а) оксида азота (I); б) дициана (CN)₂; в) фторида кремния SiF₄; г) диоксида серы SO₂.

53. Какой объем в литрах займут при нормальных условиях: а) 3,5 г азота; б) 640 г кислорода; в) 110 г диоксида углерода; г) 70 г монооксида углерода?

54. Какой объем в кубических метрах займут при нормальных условиях: а) 1 т хлорида водорода; б) 1,5 т оксида азота (II); в) 220 кг оксида азота (I); г) 1 кг аргона?

55. Вычислить массу а) 1 л водорода при 10 ^оС и 96 кПа; б) 8 л кислорода при – 13 ^оС и 104 кПа; в) 224 л СО₂ при 27 ^оС и 152 кПа; г) 1 м³ СО при 7 ^оС и 50,65 кПа.

56. В баллоне емкостью 25 л находится при 15 ^оС водород под давлением 810,4 кПа. Вычислить массу водорода.

57. Вычислить объем, занимаемый: а) 5,5 г СО₂ при 11 ^оС и 102,6 кПа; б) 16 г SO₂ при 22 ^оС и 99,3 кПа; в) 1 кг азота при – 3^оС и 100 кПа; г) 1 г HCN при 20 ⁰С и 100,6 кПа; д) 1 т водорода при 17 ^оС и 1013 кПа; е) 0,1 г хлора при 47 ^оС и 20,26 кПа.

58. Баллон емкостью 10 л содержит при 27 ^оС моль кислорода. вычислить давление кислорода в баллоне.

59. В закрытом баллоне емкостью 40 л находится 77 г СО₂. Манометр, присоединенный к баллону, показывает давление 106,6 кПа. Вычислить температуру газа.

60. При каком давлении масса 1 л кислорода составит 1 г?

61. До какой температуры должен быть нагрет азот, чтобы масса 1 л его составила 1 г?

62. 0,111 г некоторого газа заняли 26 мл при 17 ^оС и 104 кПа. Вычислить мольную массу газа.

63. В одном из двух закрытых баллонов находится кислород, в другом – азот. массы обоих газов одинаковы. Температура обоих газов 27 ^оС. В каком баллоне давление больше и во сколько раз? До какой температуры следует нагреть содержимое одного баллона, чтобы давление внутри него достигло давления в другом баллоне?

64. Сколько литров кислорода при 21 ^оС и 104,5 кПа выделится при разложении 490 г KClO₃?

65. Сколько граммов кальция вступило в реакцию с водой, если объем выделившегося водорода при 25 ^оС и 99,3 кПа равен 480 мл?

66. 0,927 г некоторого азотсодержащего вещества образовали при реакции 126 мл азота (при 27 ^оС и 98,64 кПа). Вычислить процентное содержание азота в веществе.

67. Сколько литров водорода (при 12 ^оС и 102,6 кПа) выделится при взаимодействии цинка с соляной кислотой?

68. Горячий раствор КОН реагирует с хлором по уравнению

6KOH + 3Cl₂ = 5KCl + KClO₃ +3H₂O

Сколько КОН потребуется для взаимодействия с 0,8 м³ хлора (при 7 ^оС и 98,64 кПа)? Сколько килограммов KClO₃ образуется при этом?

69. Диоксид марганца теряет при прокаливании кислород, образуя Mn₃O₄. Какой объем кислорода (при 32 ^оС и 111,4 кПа) выделится из 0,5 кг MnO₂?

70. Сколько кубических метров водяного газа (Н₂ + СО) теоретически может быть получено при127 ^оС и 81,04 кПа из 1 т угля, содержащего 4% посторонних примесей?

71. 1 г сплава магния с алюминием выделил из соляной кислоты 1,27 л водорода (при 25 ^оС и 100 кПа). Вычислить процентный состав сплава.

72. Из 3 г смеси СаСО₃ и MgCO₃ получено 760 мл СО₂ (при 20 ^оС и 99,7 кПа). Вычислить количественное соотношение СаСО₃ и MgCO₃.

73. Для полого восстановления 1,59 г оксида металла до металла потребовалось 478 мл водорода (при 7 ^оС и 97,3 кПа). Вычислить эквивалентную массу металла.

74. 0,934 г металла вытеснили из соляной кислоты 348 мл водорода (при 20 ^оС и 100 кПа). Вычислить эквивалентную массу металла.

75. Эквивалентная масса металла равна 8,99 г. Какой объем водорода (при – 3 ^оС и 106,6 кПа) получится при взаимодействии 0,4495 г металла с кислотой?

Поиск по сайту: