Парциальным давлением ( p o ) газа в смеси называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси.

Согласно закону: общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь.

Задачи

1. (Р.77) При н.у. масса 0,5x10 -3 м 3 газа равна 1,806*10x -3 кг. Определите плотность газа по диоксиду углерода СО 2 и метану СН 4 , а также молекулярную массу газа.

Ответ : 1,84, 5,05, 80,9 x 10 -9 кг.

2. (Р.83) Объем резиновой камеры автомобильной шины равен 0,025 м 3 , давление в ней 5,0665 x 10 5 Па. Определите массу воздуха, находящегося в камере, при 20°С.

Ответ : 0,15 кг.

3. (Р.86) Определите массу паров толуола в помещении объемом 30 м 3 при 25°С. Давление паров толуола при этой температуре равно 2972 Па.

Ответ : 3,31 кг.

4. (Р.88) Определите массу 10 -3 м 3 газовой смеси, содержащей (по объему) 50 % водорода и 50 % диоксида углерода (н.у.).

Ответ : 1,02 x 10 -3 кг.

5. (Р.89) Газ (н.у.) занимает объем 1 м 3 . При какой температуре объем газа утроится, если давление газа не меняется?

Ответ : 819 К.

6. (Р.92) Какую массу СаСО 3 надо взять, чтобы получить при его прокаливании диоксид углерода, занимающий объем 25 x 10 -6 м 3 при 15°С и давлении 104000 Па?

Ответ : 0,109 x 10 -3 кг.

7. (Р.94) Из 5 x 10 -3 кг хлората калия КСlО 3 было получено 0,7 x 10 -3 м 3 кислорода, измеренного при 20°С и давлении 111900 Па. Определите массовую долю примесей в хлорате калия.

Ответ : 48 %.

8. (С.1) Будет ли одинаковым количество молекул в равных объемах водорода и кислорода: а) при нормальных условиях; б) при температуре 25°С и давлении 1 атм; в) если условия, при которых измерены объемы водорода и кислорода, различны?

9. (С.9) При какой температуре 1 л хлора будет весить 1 г, если давление равно 1 атм?

Ответ : 863 К.

10. (С.15) Сосуд емкостью 112 л, заполненный воздухом под давлением 1 атм, весит 2,5 кг. Каков будет вес этого сосуда, если его наполнить хлором под давлением 5 атм?

Отве т: 4,13 кг.

11. (С.32) Литр одного газа, взятого при нормальных условиях, весит 1,43 г, второго – 0,09 г. Найдите число молекул во взятых объемах газа. Исключите лишние данные из задачи. Проведите расчет.

Ответ : 2,69 x 10 22 .

12. (С.35) Сколько молекул азота и кислорода будет находиться при нормальных условиях в 896 мл газовой смеси, состоящей по объему 50 % азота и 50 % кислорода? Исключите лишние данные из задачи. Проведите расчет.

Ответ : 2,41 x 10 22 .

13. (С.60) Определите плотность смеси окиси и двуокиси углерода по водороду, если известно, что окись углерода составляет 20 % по объему. Найдите массу 1 л такой смеси при температуре 27°С и давлении 1 атм.

Ответ : 20,4, 1,66 г.

14. (С.68) Объем смеси окиси углерода с кислородом равен 200 мл. После сгорания всей окиси углерода за счет находившегося в смеси кислорода и приведения объемов газов к первоначальным условиям было получено 150 мл новой смеси газов. Определите в процентах объемный состав исходной смеси.

Ответ : 50 %.

15. (С.76) Смесь водорода с азотом, объем которой измерен при определенных условиях, сожгли в избытке кислорода. После окончания реакции и приведения газов к первоначальным условиям (вода сконденсировалась) уменьшение объема газов оказалось равным объему исходной смеси водорода с азотом. Определите объемной соотношение газов в смеси.

Ответ : 2: 1.

16. (С.92) В замкнутом сосуде имеется 100 молей азота и водорода в отношении 1:3. Давление смеси 300 атм. Определите состав и давление смеси после того, как 10 % азота вступили в реакцию и газы приведены к первоначальной температуре.

Ответ : 285 атм.

17. (С.100) В замкнутом сосуде при температуре 0°С находилось 3 л кислорода и 4 л водорода. Как изменится давление в сосуде, если одно из веществ прореагирует полностью, после чего будет восстановлена первоначальная температура?

Ответ : в 7 раз.

18. (П.122) Какой из благородных газов находится в смеси с аммиаком, если известно, что при нормальном давлении и 80°С ее плотность равна 0,5165 г/л?

Ответ : Не.

19. (П.130) В смеси аммиака и азота число атомов в 3,4 раза больше числа молекул. Выясните относительную плотность этой газовой смеси по воздуху.

Ответ : 0,700.

20. (Г.21) Даны 480 л газа при 17°С и 104 кПа. Приведите объем газа к нормальным условиям: 0°С и 101,3 кПа.

Ответ : 464 л.

21. (Г.25) Даны 8 л газа при –23°С. При какой температуре объем газа станет равным 10 л, если давление останется неизменным?

Ответ : 39,5°С.

22. (Г.27) В закрытом баллоне находится газ при температуре –3°С под некоторым давлением. До какой температуры должен быть нагрет газ, чтобы давление внутри баллона выросло на 20 %?

Ответ : 51°С.

23. (Г.41) Баллон вместимостью 10 л содержит при 27°С моль кислорода. Вычислите давление кислорода в баллоне.

Ответ : 249 кПа.

24. (Г.42) В закрытом баллоне вместимостью 40 л находится 77 г СО 2 . Манометр, присоединенный к баллону, показывает давление 106,6 кПа. Вычислите температуру газа.

Ответ : 20,2°С.

25. (Г.56) Из 3 г смеси СаСО 3 и MgCО 3 получено 760 мл СО 2 (при 20°С и 99,7 кПа). Вычислите количественное соотношение СаСО 3 и MgCО 3 .

Ответ : 4:1.

26. (Г.58) Соединение содержит 46,15 % углерода, остальное – азот. Плотность по воздуху равна 1,79. Найдите истинную формулу соединения.

Ответ : C 2 N 2 .

27. (Г.67) При сжигании некоторого соединения азота с водородом полечено из 0,24 г Н 2 О и 168 мл азота (при 0°С и 101,3 кПа). Плотность пара азотсодержащего вещества по воздуху 1,1. Какова истинная формула вещества?

Ответ : N 2 H 4 .

28. (Г.128) Сколько молекул содержится в 1 мл любого газа, измеренного при нормальных условиях (при 0°С и 101,3 кПа)?

Ответ : 2,7 x 10 19 .

29. (Г.136) Сколько лет потребуется для того, счтобы пересчитать число молекул, которое содержится в 1 г воды, если отсчитывать по одной молекуле в секунду? (Считать год равным 365 дням).

Ответ : 1,06 x 10 15 .

30. (Р.96) При 0°С в сосуде объемом 14 x 10 –3 м 3 содержится 0,8 x 10 –3 кг водорода и 6,30 x 10 –3 кг азота. Определите парциальное давление азота и общее давление смеси.

Ответ : 36479,43; 101331,75 Па.

31. (Р.97) В газометре над водой при 20°С и давлении 98500 Па находится 8 x 10 –3 м 3 кислорода. Давление водяного пара при 20°С равно 2335 Па. Какой объем (н.у.) займет кислород, находящийся в газометре?

Ответ : 7,07 x 10 –3 м 3 .

32. (Р.98) Газовая смесь состоит из 5 x 10 –3 м 3 азота, находящегося под давлением 95940 Па, и 3 x 10 –3 м 3 кислорода. Объем смеси 8 x 10 –3 м 3 . Общее давление газовой смеси 104200 Па. Под каким давлением взят кислород?

Ответ : 117967 Па.

33. (Р.99) 0,2 x 10 –3 м 3 водорода собраны над водой при 33°С и давлении 96000 Па. Определите объем сухого водорода (н.у.). упругость насыщенного водяного пара при 33°С равна 5210 Па.

Ответ : 1,59 x 10 –4 м 3 .

34. (Р.100) В газонаполненных лампах содержится смесь газов, имеющая объемный состав: 86 % Ar и 14 % N 2 . Рассчитайте парциальное давление каждого из газов, если общее давление равно 39990 Па.

Ответ : 34391,4; 5598,6 Па.

35. (Р.101) Водород объемом 3 x 10 –3 м 3 находится под давлением 100500 Па. Какой объем аргона под таким же давлением надо прибавить к водороду, чтобы при неизменном общем давлении парциальное давление аргона в смеси стало равным 83950 Па?

Ответ : 15,2 x 10 –3 м 3 .

36. (Р.102) Газовая смесь составлена из 5 x 10 –3 м 3 метана под давлением 96000Па, 2 x 10 –3 м 3 водорода под давлением 84000Па и 3 x 10 –3 м 3 диоксида углерода под давлением 109000Па. Объем смеси 8 x 10 –3 м 3 . Определите парциальные давления газов в смеси и общее давление смеси.

Ответ : 60000; 21000; 40875; 121875 Па.

37. (Р.104) Равновесная смесь CO + Cl 2 « COCl 2 , содержащая 0,7 кмоль СО, 0,2 кмоль Cl 2 и 0,5 кмоль COCl 2 , находится под давлением 10 5 Па. Найдите парциальные давления газов в смеси.

Ответ : 50000; 14300; 35700 Па.

38. (Р.105) В закрытом сосуде объемом 6 x 10 –3 м 3 находится при 10°С смесь, состоящая из 8,8 x 10 –3 кг диоксида углерода, 3,2 x 10 –3 кг кислорода и 1,2 x 10 –3 кг метана. Вычислите общее давление газовой смеси, парциальные давления газов и их объемные доли (%).

Ответ : 147061,00; 78432,51; 39216,25; 29412,19 Па; 53,33; 26,67; 20 %.

39. (Г.69) Смешаны 4 г СН 4 и 24 г О 2 . Выразите состав газовой смеси в процентах по объему.

Ответ : 25 и 75 %.

40. (Г.70) Смешаны при нормальных условиях 56 л СН 4 и 112 л О 2 . Выразите состав газовой смеси в процентах по массе.

Ответ : 20 и 80 %.

41. (Г.71) Вычислите парциальные давления кислорода азота и кислорода в воздухе, приняв давление воздуха 101,3 кПа (воздух содержит 21 % О 2 и 78 % N 2 по объему).

Ответ : 21,3; 79 кПа.

42. (Г.72) Вычислите процентное содержание кислорода и азота в воздухе по массе. Масса 1 л воздуха (0°С и 101,3 кПа) составляет 1,293 г.

Ответ : 23,2 и 75,5 %.

43. (Г.75) Вычислите массу 70 мл кислорода, собранного над водой при 7°С и 102,3 кПа. Давление пара воды при той же температуре равно 1 кПа.

Ответ : 97,5 мг.

44. (Г.76) Какой объем займут 0,12 г кислорода, если собрать газ над водой при 14°С и 102,4 кПа. Давление пара воды при той же температуре составляет 1,6 кПа.

Ответ : 88,7 мл.

45. (Г.81) Сколько молей кислорода и азота содержится в аудитории размером 6?8?5 м при 22°С и 100,0 кПа?

Ответ : 2055 и 7635 моль.

46. (Г.83) В камеру вместимостью 1 м 3 заключили 15 моль N 2 , 25 моль СО 2 и 10 моль О 2 . Вычислите: а) общее давление смеси газов при 27°С; б) процентный состав смеси по массе; в) процентный состав смеси по объему; г) парциальное давление каждого из газов при заданной температуре.

Ответ : 125 кПа; 22,8; 59,8; 17,4 %; 30; 50 и 20 %; 37,4; 62,3; 24,9 кПа.

47. (Г.85) В каком объеме воздуха (0°С и 101,3 кПа) содержится 1 мг аргона? Воздух содержит 0,93 % аргона по объему.

Парциальные давления дыхательных газов

Согласно закону Дальтона парциальное давление (напряжение) каждого газа в смеси (Рr) пропорционально его доле от общего объема, т.е. его фракции (Fr) . Применяя этот закон к дыхательным газам, необходимо учитывать, что атмосферный воздух, как и альвеолярная газовая смесь, содержит не только О 2 , СО 2 , N 2 и благородные газы, но и водяной пар, имеющий некое парциальное давление (Pн 2 о). Поскольку фракции газов приводятся для сухой их смеси, в уравнении для закона Дальтона из общего давления (атмосферное давление: Р атм) следует вычесть давление водяного пара. Тогда парциальное давление газа будет определяться по формуле:

Рr = Fr (Р атм - Pн 2 о)

Если подставить в уравнение парциального давления газов значения Fr для кислорода или углекислого газа в атмосферном воздухе: 21% (0,21) и 0,03% (0,0003) и давления водяного пара (47 мм рт ст), то можно вычислить, что парциальное давление указанных газов в атмосферном воздухе над уровнем моря (Р атм = 760 мм рт ст) составит, соответственно, 150 мм рт ст (20кПа) для кислорода и 0,2 мм рт ст (0,03 кПа) для углекислого газа.

Из представленной формулы следует, что снижение барометрического давления, или уменьшение удельного содержания газа (кислорода - FrО 2) во вдыхаемом воздухе будет сопровождаться падением во вдыхаемом воздухе парциального давления этого газа (кислорода - РrО 2).

Напряжение кислорода в альвеолярной газовой смеси в стандартных условиях вентиляции зависит не только от его потребления, но и от выведения углекислого газа. Соответственно, при расчете парциального давления кислорода в альвеолярной газовой смеси (Р А О 2) вносится поправка на выведение СО 2 , образующегося в процессе метаболизма. Таким образом, расчетная формула определения Р А О 2 выглядит следующим образом:

Р А О 2 = РrО 2 - ________ ,

где РаСО 2 - парциальное давление углекислого газа в артериальной крови (40 мм рт ст);

R - дыхательный коэффициент, характеризующий отношение выделенного СО 2 к поглощенному О 2 (в отсутствии стресса и при нормальном питании = 0,8).

Подставляя значения этих показателей, находим:

Р А О 2 = 150 - ________ = 100 мм рт ст (13,3 кПа)

Парциальное давление углекислого газа в альвеолярной газовой смеси составляет 40 мм рт ст (5,3 кПа). Из приведенной формулы следует, что уменьшение PrO 2 будет сопровождаться снижением Р А О 2 .

Как известно, газообмен в легких идет в направлении градиентов парциальных давлений по обе стороны альвеолярно-капиллярной мембраны (D). Для кислорода этот градиент соответствует разнице между Р А О 2 и напряжением кислорода в капиллярах венозной крови (40 мм рт. ст.), поступающей в легкие. Однако, за время прохождения крови через легочные капилляры (0,3 сек) это давление быстро нарастает и уже через 0,1 сек составляет ? 90% от величины альвеолярного давления (Г. Тевс, 2007), а в последующие 0,2 сек напряжение кислорода в капиллярах уравнивается с альвеолярным. Поэтому вводится понятие среднего градиента давления между альвеолярной газовой смесью (100 мм рт ст) и кровью легочных капилляров (90 мм рт. ст.), который составляет 10 мм рт. ст.

Задача 41.
Смешивают 0,04м 3 азота, находящегося под давлением 96кПа (720мм. рт. ст.), с 0,02м3 кислорода. Общий объем смеси 0,06м 3 , а общее давление 97,6кПа (732мм. рт. ст.). Каким было давление взятого кислорода?
Решение :
По условию задачи объём азота увеличился в 1,5 раза (0,06/0,04 = 1,5), а объём кислорода – в 3 раза (0,06/0,02 = 3). Во столько же раз уменьшились парциальные давления газов.

Следовательно,

Отсюда Исходя из того, что объём кислорода до смешения был в три раза больше, чем после смешения, рассчитаем давление кислорода до смешения:

Ответ: Р общ. = 100,8кПа.

Задача 42.
Газовая смесь приготовлена из 2л Н 2 (Р = 93,3 кПа) и 5л CH 4 (Р = 112 кПа). Объем смеси равен 7л. Найти парциальные давления газов и общее давление смеси.
Решение:
По условию задачи объём водорода увеличился в 3,5 раза (7/2 = 3,5), а объём метана – в 1,4 раза (7/5 = 1,4). Во столько же раз уменьшились парциальные давления газов.

Согласно закону парциальных давлений, общее давление смеси газов, не вступающих во взаимодействие друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих систему (смесь).

Ответ:

Задача 43.
Газовая смесь состоит из NO и СО 2 . Вычислить объемное содержание газов в смеси (в %), если их парциальные давления равны соответственно 36,3 и 70,4 кПа (272 и 528мм. рт. ст.).
Решение:
Согласно закону Дальтона парциальное давление данного газа прямо пропорционально его мольной доли на общее давление смеси газов:

где Р(смеси) – общее давление смеси; Р(А) – парциальное давление данного газа; (A) - мольная доля данного газа.

Согласно закону парциальных давлений, общее давление смеси газов, не вступающих во взаимодействие друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих систему (смесь).

Ответ: 34,02%NO; 65,98%CO.

Задача 44.
В закрытом сосуде вместимостью 0,6м 3 находится при 0 0 С смесь, состоящая из 0,2кг СО 2 , 0,4кг 02 и 0,15кг СН 4 . Вычислить: а) общее давление смеси; б) парциальное давление каждого из газов; в) процентный состав смеси по объему.
Решение:
Вычислим общее количество газов в смеси по уравнению:

где - количество газа, кмоль; m – масса газа, кг; М – молекулярная масса газа, кг/моль. Тогда:

а) Общее давление смеси газов определяем по уравнению: Тогда:

б) Парциальные давления газов рассчитываем по уравнению:

где R k и k , соответственно, парциальное давление, и количество газа в смеси.

в) Парциальные объёмы газов рассчитаем по уравнению: Тогда

Отношение парциальных (приведённых) объёмов отдельных газов к общему объёму смеси называется объёмной долей и определяется по формуле: Тогда

Ответ:

Задача 45.
Газовая смесь приготовлена из 0,03м 3 СН 4 , 0,04м 3 Н 2 и 0,01м 3 СО. Исходные давления СН 4 , Н 2 и СО составляли ответственно 96, 84 и 108,8 кПа (720, 630 и 816мм рт. ст.). Объем смеси равен 0,08м 3 . Определить парциальные давления газов и общее давление смеси.
Решение:
По условию задачи объём метана увеличился после смешения в 2,67 раза (0,08/0,03 = 2,67), объём водорода – в 2 раза (0,08/0,04 = 2), а объём угарного газа – в 8 раз (0,08/0,01 = 8). Во столько же раз уменьшились парциальные давления газов. Следовательно,

Согласно закону парциальных давлений, общее давление смеси газов, не вступающих во взаимодействие друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих систему (смесь).
Отсюда:

Ответ:

Задача 46.
В газометре над водой находятся 7,4л кислорода при 23°С и давлении 104,1 кПа (781 мм. рт. ст.). Давление насыщенного водяного пара при 23°С равно 2,8 кПа (21мм. рт. ст.). Какой объем займет находящийся в газометре кислород при нормальных условиях?
Решение:
Парциальное давление кислорода равно разности общего давления и парциального давления паров воды:

Обозначив искомый объём через и, используя объединённое уравнение закона Бойля- Мариотта и Гей-Люссака , находим:

где Р и V - давление и объём газа при температуре Т = 296К (273 +23 = 296); Р 0 = 101,325кПа; Т 0 = 273К; Р = 104,1кПа; -объём газа при н.у.

Ответ: V 0 =6,825л.

Парциа?льное давление (лат. partialis - частичный, от лат. pars - часть) - давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре. При этом пользуются также законом парциальных давлений: общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих данную смесь, то естьРобщ = Р1 + Р2 + .. + Рп

Из формулировки закона следует, что парциальное давление представляет собой частичное давление, создаваемое отдельным газом. И действительно, парциальное давление - это такое давление, которое бы создавал данный газ, если бы он один занимал весь объем.

12.Дайте определение понятиям: система, фаза, среда, макро- и микросостояние.

Системой называется совокупность находящихся во взаимодей­ствии веществ, обособленная от окружающей среды. Различают гомогенные и гетерогенные системы.

Систему называют термодинамической , если между телами, ее составляющими, может происходить обмен теплотой, вещест­вом и если система полностью описывается термодинамически­ми понятиями.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой различают системы открытые, закрытые и изолиро­ ванные .

Каждое состояние системы характеризуется определенным набором значений термодинамических параметров (параметров состояния, функций состояния).

13.Назовите основные термодинамические величины, характеризующие состояние системы. Рассмотрите смысл понятий "внутренняя энергия системы и энтальпия".

Осн параметрами состояния системы явл такие пара­метры, кот можно непосредственно измерить (температура, давление, плотность, масса и т. д.).

Параметры состояния, которые не поддаются непосредст­венному измерению и зависят от основных параметров, называ­ются функциями состояния (внутренняя энергия, энтропия, эн­тальпия, термодинамические потенциалы).

В ходе химической реакции (переходе системы из одного состояния в другое) изменяется внутренняя энергия системы U:

?U = U 2 -U 1 , где U 2 и U 1 - внутренняя энергия системы в конечном и на­чальном состояниях.

Значение ?U положительно (?U> 0), если внутренняя энер­гия системы возрастает.

Энтальпия системы и ее изменение .

Работу А можно разделить на работу расширения A = p??V (p = const)

и другие виды работ А" (полезная работа), кроме работы расши­рения: A = A" + p??V,

где р - внешнее давление; ?V- изменение объема (?V= V 2 - V\); V 2 - объем продуктов реакции; V 1 - объем исходных веществ.

Соответственно уравнение (2.2) при постоянном давлении запишется в виде: Q p = ?U + A" + p??V.

Если на систему не действуют никакие другие силы, кроме постоянного давления, т. е. при протекании хим про­цесса единственным видом работы является работа расширения, тоА" = 0.

В этом случае уравнение (2.2) запишется так: Q p = ?U + p??V.

Подставив ?U= U 2 – U 1 , получим: Q P =U 2 -U 1+ pV 2 + pV 1 =(U 2 +pV 2)-(U 1 + pV 1). Характеристическая функцияU + pV = Hназывается энтальпией системы . Это одна из термодинамических функций, характеризующих систему, находящуюся при постоян­ном давлении. Подставив уравнение (2.8) в (2.7), получим: Q p = H 2 -H 1 =? r H.