5.3

Применение закона идеального газа: молярная масса, плотность и объем

64.7K views03:43 min

Все идеальные газы по своему поведению подчиняются определенной взаимосвязи между давлением, объемом, молями и температурой, как это диктует закон идеального газа. В этом уравнении R постоянная идеального газа. Преобразование уравнения позволяет вычислить любую из переменных, если известны три другие.

Например, сколько составляет объем одного моля идеального газа при стандартных условиях температуры и давления? Эти условия сокращенно обозначаются как STP, и составляют 0 градусов Цельсия или 273 Кельвина и 1 атмосфера. Преобразуя уравнение и подставляя значения для n, 1 моль, температуру, 273 Кельвина, давление, 1 атмосферу и постоянную идеального газа, 0, 08206 литр-атмосфер на моль-Кельвин, один моль идеального газа занимает объем 22, 4 литра.

Это молярный объем при стандартных условиях, который также является хорошим приближенным значением для многих обычных газов. При более высоких температурах и более низких давлениях газ расширяется, и его молярный объем становится больше, чем при стандартных условиях. При более низких температурах и более высоких давлениях молярный объем меньше.

Еще одно полезное свойство газа его плотность. Напомним, что число молей n равно массе газа, деленной на его молярную массу. Подставляя это соотношение в уравнение идеального газа, а затем перестраивая его, получаем выражение зависимости массы от объема или плотности.

Из этого уравнения плотность газа прямо пропорциональна его молярной массе. Вот почему гелиевые шары взлетают, когда их отпускают. Молярная масса и, следовательно, плотность гелия намного меньше, чем у воздуха, который состоит в основном из азота и кислорода.

Также обратите внимание, что плотность и температура обратно пропорциональны. Это наблюдается при управлении воздушным шаром. Включение горелки нагревает молекулы воздуха внутри шара, и они движутся быстрее.

Давление в шаре увеличивается, но шар сконструирован таким образом, что часть воздуха улетучивается. Это делает воздух в воздушном шаре менее плотным, чем окружающий воздух. Из-за этой разницы в плотности воздушный шар поднимается.

И наоборот, выключение горелки и открытие вентиляционного отверстия позволяет теплу выйти. Когда воздушный шар сжимается, в него поступает наружный воздух, увеличивая плотность воздушного шара до плотности окружающей среды. Затем из-за веса корзины воздушный шар опускается.

Уравнение, если его изменить, также позволяет нам вычислить молярную массу неизвестного газа. Предположим, неизвестный газ с массой 12, 5 грамма занимает объем 6, 08 литра и оказывает давление 1, 2 атмосфер при 40 градусах Цельсия. Плотность газа известна из заданных массы и объема.

Затем температура в градусах Цельсия преобразуется в Кельвины и подставляется в уравнение вместе со значениями давления и газовой постоянной. Решение для M дает молярную массу 44 грамма на моль. Следовательно, неизвестный газ это углекислый газ.

Overview

Loading...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Объем, занимаемый одним молем вещества, является его молярным объемом. Закон об идеальном газе, PV = nRT, предполагает, что объем заданного количества газа и количество молей в данном объёме газа изменяется в зависимости от изменения давления и температуры. При стандартной температуре и давлении, или STP (273.15 K и 1 atm), один моль идеального газа (независимо от его идентичности) имеет объем около 22.4 л — это называется стандартным молярным объемом.

Например, один моль каждого из следующих газов: водорода, кислорода, аргона или углекислого газа занимает 22.4 литра при STP. Это означает, что 0.5 моля любого газа на STP занимает объём 11.2 л, а 2 моля любого газа при STP занимают объём 44.8 л.

Закон идеального газа универсален, связывает давление, объем, количество молей и температуру газа независимо от химической идентичности газа:

Плотность d газа, с другой стороны, определяется его природой. Плотность — это отношение массы к объему. Переставив месмтами парамеры в уравнении идеального газа так, чтобы выразить V и подставляяв уравнение плотности, получаем:

Отношение m/n, то есть масса на моль, является определением молярной массы, М:

Затем уравнение плотности можно записать как

Это уравнение говорит нам, что плотность газа прямо пропорциональна давлению и молярной массе и обратно пропорциональна температуре. Например, CO₂ (молярная масса = 44 г/моль) тяжелее N₂ (молярная масса = 28 г/моль) или O₂ (молярная масса = 32 г/моль), поэтому он плотнее воздуха. По этой причине CO₂, выделяемый из огнетушителя CO₂, обеспечивает изоляцию пламени, предотвращая попадание O₂ на горючий материал. Явление подъема воздушных шаров, наполненных горячим воздухом, зависит от соотношения, согласно которому газы с одинаковой молярной массой (например, воздух) имеют более низкую плотность при более высоких температурах, и поэтому воздушные шары могут плавать.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 9.3: Стехиометрия газообразных веществ, смесей и реакций.

"

Transcript

Loading...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все идеальные газы по своему поведению подчиняются определенной взаимосвязи между давлением, объемом, молями и температурой, как это диктует закон идеального газа. В этом уравнении R постоянная идеального газа. Преобразование уравнения позволяет вычислить любую из переменных, если известны три другие.

Например, сколько составляет объем одного моля идеального газа при стандартных условиях температуры и давления? Эти условия сокращенно обозначаются как STP, и составляют 0 градусов Цельсия или 273 Кельвина и 1 атмосфера. Преобразуя уравнение и подставляя значения для n, 1 моль, температуру, 273 Кельвина, давление, 1 атмосферу и постоянную идеального газа, 0, 08206 литр-атмосфер на моль-Кельвин, один моль идеального газа занимает объем 22, 4 литра.

Это молярный объем при стандартных условиях, который также является хорошим приближенным значением для многих обычных газов. При более высоких температурах и более низких давлениях газ расширяется, и его молярный объем становится больше, чем при стандартных условиях. При более низких температурах и более высоких давлениях молярный объем меньше.

Еще одно полезное свойство газа его плотность. Напомним, что число молей n равно массе газа, деленной на его молярную массу. Подставляя это соотношение в уравнение идеального газа, а затем перестраивая его, получаем выражение зависимости массы от объема или плотности.

Из этого уравнения плотность газа прямо пропорциональна его молярной массе. Вот почему гелиевые шары взлетают, когда их отпускают. Молярная масса и, следовательно, плотность гелия намного меньше, чем у воздуха, который состоит в основном из азота и кислорода.

Также обратите внимание, что плотность и температура обратно пропорциональны. Это наблюдается при управлении воздушным шаром. Включение горелки нагревает молекулы воздуха внутри шара, и они движутся быстрее.

Давление в шаре увеличивается, но шар сконструирован таким образом, что часть воздуха улетучивается. Это делает воздух в воздушном шаре менее плотным, чем окружающий воздух. Из-за этой разницы в плотности воздушный шар поднимается.

И наоборот, выключение горелки и открытие вентиляционного отверстия позволяет теплу выйти. Когда воздушный шар сжимается, в него поступает наружный воздух, увеличивая плотность воздушного шара до плотности окружающей среды. Затем из-за веса корзины воздушный шар опускается.

Уравнение, если его изменить, также позволяет нам вычислить молярную массу неизвестного газа. Предположим, неизвестный газ с массой 12, 5 грамма занимает объем 6, 08 литра и оказывает давление 1, 2 атмосфер при 40 градусах Цельсия. Плотность газа известна из заданных массы и объема.

Затем температура в градусах Цельсия преобразуется в Кельвины и подставляется в уравнение вместе со значениями давления и газовой постоянной. Решение для M дает молярную массу 44 грамма на моль. Следовательно, неизвестный газ это углекислый газ.

Explore More Videos