Основы атомно-молекулярного учения

При рассмотрении этой темы основное внимание уделить разделам:

1. Газовые законы;

2. Закон эквивалентов.

Усвоить основные понятия: моль, молярная масса, молярный объем газа, эквивалент, молярная масса эквивалента, молярный объем эквивалента вещества.

1. Состояние газа характеризуется его температурой T, давлением P и объемом V. Нормальные условия для газов P = 101,3 кПa = 1 атм = 760 мм. рт.ст., T = 0⁰С = 273 K.

Закон Авогадро: В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Следствия из закона Авогадро:

I. Одинаковое число молекул различных газов при одинаковых физических условиях (T, P) занимает одинаковый объем.

Если число молекул равно числу Авогадро N = 6,02∙10 (1 моль газа), то при нормальных условиях они занимают объем 22,4 л ()

V = 22,4 л/моль.

Плотность любого газа можно рассчитать по формуле = ,

где М - молярная масса газа (г/моль);

V - молярный объем газа (л/моль).

II. Относительная плотность одного газа (1) по другому (2) равна отношению их молярных масс при заданном давлении и температуре:

D =

Относительная плотность газа по водороду D (Х) = .

М (Х) = D (Х) ∙ М (Н ) =

Относительная плотность газа по воздуху D _воздух (Х) = .

М (Х) = D (Х)∙М (воздуха) = D _воздух∙29

При низких температурах и высоких давлениях газы неидеальны и не подчиняются закону Авогадро.

Объединенный газовый закон: Для данной массы газа произведение давления на объем, деленное на абсолютную температуру, есть величина постоянная. = const или

P⁰, V⁰, T⁰- соответственно давление, объем и температура данной массы газа при н. у.

Уравнение Менделеева – Клапейрона: PV = RT

P- давление газа; T- температура (К); V- объем газа; М(Х)- молярная масса газа (г/моль); m(х)- масса газа (г); R- универсальная газовая постоянная = 8,314 = 8,314 = 8,314 = 8,314 ∙10 = 0,082 = 62,36 = 1,986 .

Закон Дальтона: Общее давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме давлений газов, составляющих смесь: P = p + p + p +… + p _n,

где P- общее давление; p ,p ,p ,…,p _n- парциальные давления газов 1,2,3,…,n.

Парциальным давлением газа в смеси называется давление, которое производил бы данный газ, если бы он один занимал весь объем, занимаемый смесью газов, при данной температуре.

Пример 1. Какой объем при н.у. занимают: а) 0,5 моль водорода; б) 32 г оксида азота (II)?

Решение: а) V (H ) = n(H ) ∙ V (H )

V (Н ) = 0,5моль∙22,4 л/моль = 11,2 л

б) n (NO) = ; n (NO) = ;

; V (NO) = 22,4 л/моль

M (NO) = 30 г/моль

V (NO) = V (NO)

V (NO) = = 23,9 л

Ответ: V⁰(H₂) = 11,2 л; V⁰(NO) = 23,9 л.

Пример 2. Вычислить объем, занимаемый 7 г оксида углерода (II) при 7⁰C и 103974 Па.

Решение: Воспользуемся уравнением Менделеева – Клапейрона

P V = RT.

Откуда V = = =0,0056 м = 5,6 л

Ответ: V_СО = 5,6л.

Пример 3. При температуре 27 С и давлении 2,5 атм газообразное вещество занимает объем 4,2 л. Вычислить объем газа при нормальных условиях.

Решение: Используем уравнение объединенного газового закона , откуда V = = = 9,56 л.

Ответ: V = 9,56 л.

Пример 4. Определить парциальные давления азота и кислорода в смеси объемом 7л, если общее давление в смеси равно 8,2МПа, а объемы смешиваемых газов равны 2л и 5л соответственно.

Решение: Объемные доли газов в смеси составляют для азота и для кислорода. Следовательно, на долю азота приходится общего давления или 8,2 ∙ = 2,34 МПа, на долю кислорода- 8,2 ∙ = 5,86 МПа, что и является их парциальными давлениями в смеси.

Ответ: P (N₂) = 2,34 MПа, P (O₂) = 5,86 МПа.

Пример 5. При некоторой температуре приготовили 8 л газовой смеси из 4 л оксида серы (IV), находившегося под давлением 720 мм. рт. ст., 6 л азота, находившегося под давлением 640 мм. рт. ст. и 3 л кислорода, находившегося под давлением 816 мм. рт. ст.. Определить парциальные давления газов в смеси и общее давление газовой смеси.

Решение: Находим, что объем оксида серы увеличился в =2 раза, объем азота – в раза, объем кислорода – в раза. Во столько же раз уменьшилось давление этих газов по сравнению с теми значениями, которые были до смешения. Находим парциальные давления газов в смеси:

Р =720 мм. рт. ст.:2 = 360 мм. рт. ст.

Р = 640 мм. рт. ст.: = 640 мм. рт. ст. ∙ = 480 мм. рт. ст.

Р = 816 мм. рт. ст.: = 816 мм. рт. ст. ∙ = 306 мм. рт. ст.

По закону парциальных давлений находим давление газовой смеси:

P (cмеси) = Р +P +P = 360+480+306 = 1146 мм. рт. ст.

Ответ: Р_смеси = 1146 мм. рт. ст.