Как найти массу газа в смеси газов

Команда “Газы!” была объявлена еще две недели назад. И что?! Легкие задачи порешали и расслабились?! Или вы думаете, что задачи на газы касаются только 28-х заданий ЕГЭ?! Как бы не так! Если газов пока еще не было в 34-х заданиях, это ничего не значит! Задач на электролиз тоже не было в ЕГЭ до 2018 года. А потом как врезали, мама не горюй! Обязательно прочитайте мою статью “Тайны задач по химии? Тяжело в учении – легко в бою!”. В этой статье очень подробно рассказывается о новых фишках на электролиз. Статья вызвала шквал самых разных эмоций у преподавателей химии. До сих пор мне и пишут, и звонят, и благодарят, и бьются в конвульсиях. Просто цирк с конями, в котором я – зритель в первом ряду.

Однако, вернемся к нашим баранам, вернее, Газам. Я прошла через огонь и воду вступительных экзаменов и знаю точно – хочешь завалить абитуриента, дай ему задачу на Газы. Почитайте на досуге сборник задач И.Ю. Белавина. Я процитирую одну такую “мозгобойню”, чтобы вам жизнь медом не казалась. Попробуйте решить.

И.Ю. Белавин, 2005, задача 229

“Два из трех газов (сероводород, водород и кислород) смешали и получили газовую смесь, плотность которой оказалась равной плотности оставшегося газа. Полученную газовую смесь вместе с равным ей объемом третьего газа под давлением поместили в замкнутый сосуд емкостью 4 л, содержавший азот при н.у. и нагревали при 600 С до окончания химических реакций, затем постепенно охладили. Определите массы веществ, содержавшихся в сосуде после охлаждения, если плотность газовой смеси в сосуде перед нагреванием равнялась 9,25г/л. (Ответ: m(S) = 7,5 г, m(SO2) = 15 г, m(Н2О) = 9 г)”

Ну как, решили? Нет?! А ваши репетиторы?! Извините, это был риторический вопрос. Кстати, мои ученики, абитуриенты 2003-2008 гг. такие задачи щелкали, как семечки, на экзаменах во 2-й медицинский (теперь РНИМУ им. Н.И. Пирогова). Надеюсь, вам понятно, что 34-м задачам ЕГЭ еще есть куда усложняться, perfectio interminatus est (нет предела совершенству), с газами нужно работать, работать и работать. Поэтому команду “Газы!” отменять рано. Итак, поехали!

Сегодня мы поговорим о газовых смесях, затронем понятие плотности газа (абсолютной и относительной), средней молярной массы, решим задачи: определение средней молярной массы и плотности газа по компонентам смеси и наоборот.

• Газовая смесь – смесь отдельных газов НЕ вступающих между собой в химические реакции. К смесям газов относятся: воздух (состоит из азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и др.), природный газ (смесь предельных и непредельных углеводородов, оксида углерода, водорода, сероводорода, азота, кислорода, углекислого газа и др.), дымовые газы (содержат азот, углекислый газ, пары воды, сернистый газ и др.) и др.

• Объемная доля – отношение объема данного газа к общему объему смеси, показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ, измеряется в долях единицы или в процентах.

• Мольная доля – отношение количества вещества данного газа к общему количеству вещества смеси газов, измеряется в долях единицы или в процентах.

• Плотность газа (абсолютная) – определяется как отношение массы газа к его объему, единица измерения (г/л). Физический смысл абсолютной плотности газа – масса 1 л, поэтому молярный объем газа (22,4 л при н.у. t° = 0°C, P = 1 атм) имеет массу, численно равную молярной массе.

• Относительная плотность газа (плотность одного газа по другому) – это отношение молярной массы данного газа к молярной массе того газа, по которому она находится

• Средняя молярная масса газа – рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей

Настоятельно рекомендую запомнить среднюю молярную массу воздуха Мср(в) = 29 г/моль, в заданиях ЕГЭ часто встречается.

Обязательно посетите страницу моего сайта “Изучаем Х-ОбХ-04. Закон Авогадро. Следствия из закона Авогадро. Нормальные условия. Молярный объем газа. Абсолютная и относительная плотность газа. Закон объемных отношений” и сделайте конспекты по теории. Затем возьмите бумагу и ручку и решайте задачи вместе со мной.

ВАНГУЮ: чует мое сердце, что ЕГЭ по химии 2019 года устроит нам газовую атаку, а противогазы не выдаст!

Задача 1

Определить плотность по азоту газовой смеси, состоящей из 30% кислорода, 20% азота и 50% углекислого газа.

Задача 2

Вычислите плотность по водороду газовой смеси, содержащей 0,4 моль СО2, 0,2 моль азота и 1,4 моль кислорода.

Задача 3

5 л смеси азота и водорода имеют относительную плотность по водороду 12. Определить объем каждого газа в смеси.

Несколько задач со страницы моего сайта

Задача 4

Плотность по водороду пропан-бутановой смеси равна 23,5. Определите объемные доли пропана и бутана

Задача 5

Газообразный алкан объемом 8 л (н.у.) имеет массу 14,28 г. Чему равна его плотность по воздуху

Задача 6

Плотность паров альдегида по метану равна 2,75. Определите альдегид

Ну как? Пошло дело? Если туго, вернитесь к задачам и решайте их самостоятельно до тех пор, пока не щелкнет! А для стимуляции – десерт в виде еще одной задачи И.Ю. Белавина на газы. Наслаждайтесь ее решением самостоятельно!

И.Ю. Белавин, 2005, задача 202

“Сосуд емкостью 5,6 л при н.у. заполнили метаном, затем нагрели до высокой температуры, в результате чего произошло частичное разложение метана. Определите массу образовавшейся сажи, если известно, что после приведения к нормальным условиям объем полученной газовой смеси оказался в 1,6 раза больше объема исходного метана, эта газовая смесь обесцвечивает бромную воду и имеет плотность по воздуху 0,2931. (Ответ: m(C) = 0,6 г)”

Задачи И.Ю. Белавина – это крутой драйв! Попробуйте порешать, и вы откажетесь от просмотра любых ужастиков, поскольку запасетесь адреналином надолго! Но нам нужно спуститься на землю к ЕГЭ, простому и надежному, как первый советский трактор. Кстати, у меня в коллекции припасено немало сюрпризов с газовыми фишками, собранными за все годы работы и бережно хранимыми. Думаю, пришло время сказать им: “И снова здравствуйте!”, поскольку ЕГЭ с каждым годом становится “все чудесатее и чудесатее”. Но это уже совсем другая история. Читайте мои статьи – и вы подстелите соломку под свою ЕГЭшную попу.

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии http://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Позвоните мне +7(903)186-74-55, приходите ко мне на курс, на бесплатные Мастер-классы “Решение задач по химии”. Я с удовольствием вам помогу.

Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова

Как найти молярную массу смеси газов

Молярная масса – это масса одного моля любого вещества, то есть такого его количества, в котором содержится 6,022*10^23 элементарных частиц. Численно молярная масса совпадает с молекулярной, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м.), но размерность у нее другая – грамм/моль.

Инструкция

Если бы вам надо было вычислить молярную массу любого газа, вы бы взяли величину атомной массы азота и умножили ее на индекс 2. В итоге получили бы 28 грамм/моль. Но как вычислить молярную массу смеси газов? Эта задача решается элементарно. Надо лишь знать, какие именно газы и в какой пропорции входят в состав смеси.

Рассмотрите конкретный пример. Предположим, у вас есть газовая смесь, которая состоит из 5% (массовых) водорода, 15% азота, 40% углекислого газа, 35% кислорода и 5% хлора. Какова ее молярная масса? Воспользуйтесь формулой для смеси, состоящей из х компонентов: Мсм = M1N1 + M2N2 + M3N3 +…+ MxNx, где M – молярная масса компонента, а N – его массовая доля (процентная концентрация).

Молярные массы газов вы узнаете, вспомнив величины атомных весов элементов (тут вам понадобится Таблица Менделеева). Их массовые доли известны по условиям задачи. Подставив величины в формулу и произведя вычисления, получите: 2*0,05 + 28*0,15 + 44*0,40 + 32*0,35 + 71*0,05 = 36,56 грамм/моль. Вот такова молярная масса указанной смеси.

Можно ли решить задачу другим способом? Да, конечно. Предположим, у вас точно такая же смесь, заключенная в герметичный сосуд объемом V при комнатной температуре. Как можно лабораторным путем вычислить ее молярную массу? Для этого вам понадобится сначала взвесить этот сосуд на точных весах. Обозначьте его массу как М.

Потом с помощью подсоединенного манометра измерьте давление P внутри сосуда. Затем с помощью шланга, подсоединенного к вакуум-насосу, откачайте немного смеси. Легко можно понять, что давление внутри сосуда уменьшится. Перекрыв вентиль, подождите примерно полчаса для того, чтобы смесь внутри сосуда снова приняла температуру окружающего воздуха. Проверив это с помощью термометра, измерьте давление смеси манометром. Обозначьте его P1. Взвесьте сосуд, обозначьте новую массу как M1.

Ну а дальше вспомните универсальное уравнение Менделеева-Клапейрона. Согласно ему, в обоих случаях:- PV = MRT/m;- P1V = M1RT/m.Немного видоизменив это уравнение, вы получите:- m = MRT/PV;- m = M1RT/P1V.

Отсюда следует, что m = (M – M1)RT/ (P – P1)V. А m – та самая молярная масса смеси газов, которую вам надо узнать. Подставив в формулу известные величины, вы получите ответ.

Источники:

• молекулярная масса смеси

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Молярная масса газовой смеси

Для
расчёта средней молекулярной массы
газовой смеси используют правила
смешения:

а)
Через массовые доли (ω):

М(смеси) = 1/Σ
ω_i/М_i
или М(смеси) = 1/Σ
n_i (1.12)

б)
Через объёмные доли (φ): М(смеси) = Σ
М_i
φ _i (1.13)

в)
Через мольные доли (χ): М(смеси) = Σ М_і
χ _і
(1.14)

Пересчет
состава газовой смеси из объёмных долей
в массовые и наоборот удобно осуществлять
в виде компактной таблицы.

ω
→ φ

Пример 4.
Заданы массовые доли компонентов
генераторного газа. Выразите состав
газовой смеси в объёмных долях.

Решение:

Состав смеси	ω,% или m , г	М, г/моль	n = m/M	φі = ni/∑n і
СО2 СО N2 H2	12,00 20,00 54,00 14,00	44 28 28 2	0,27 0,71 1,93 7,00	2,73 7,16 19,47 70,64
Газовая смесь	100,00		9,91	100,00

φ
→ ω

Пример 5.
Задан объёмный состав сухого коксового
газа. Рассчитать состав газовой смеси
в массовых долях.

Решение:

Состав смеси	φі,% или V,м³	М, г/моль	Міφі	ω, %
Н2 СО СО2 О2 СН4 N2 С2Н4	56,7 6,0 3,0 0,8 26,0 5,0 2,5	2 28 44 32 16 28 28	113,4 168,0 132,0 25,6 416,0 140,0 70,0	10,65 15,77 12,40 2,40 39,06 13,15 6,57
Газовая смесь	100,0		1065	100,00

Газы, насыщенные водяными парами

Парциальные
давления газов в смеси необходимо
учитывать при проведении экспериментов
с газами. Так, например, если газ собран
над жидкостью, то при расчётах следует
иметь в виду, что его давление является
парциальным и равно разности общего
давления газовой смеси (Р) и парциального
давления пара жидкости – р(Н₂О):

(1.15)

Согласно
закону Дальтона объем сухого газа
составляет:

(1.16)

Объемная
доля сухого газа равна:

(1.17)

Объединив
уравнения 1.16 и 1.17, получим формулу для
вычисления объема сухого газа в условиях
опыта:

(1.18)

Для
приведения объема влажного газа к
нормальным условиям необходимо
воспользоваться объединенным газовым
законом (формула 1.4):

(1.19)

Уравнение
Менделеева – Клайперона для влажного
газа будет выглядеть следующим образом:

(1.20)

Пример 6.
В газометре над водой при температуре
25С
находятся 5,20 л кислорода под давлением
102,4 кПа. Каков объем сухого кислорода,
если

кПа?

Решение:

Объемная
доля кислорода в газовой смеси
пропорциональна парциальному давлению
газа:

;

кПа;

Объем
сухого газа

;

л.

Пример 7.
Какой объем займут при н.у. 120 мл азота,
собранного над водой при 20С
и 100 кПа, если

кПа?

Решение:

к/Па

Объемная доля
азота в смеси: φ = 97,7/100 = 0,997, а объем сухого
азота:

V(N₂)
= 120 × 97,7 = 117,24 мл

мл.

Пример 8.
1 л сухого
газа при н. у.
имеет массу
2 г. Какова масса 1 л влажного газа при
этих условиях? Р_Н2О
=0,61 кПа.

Решение:
1) Молярная
масса газа при н. у. составит:

m/V×22,4
=2/1×22,4 =44,8г/моль

2)
Количество вещества воды в 1 л влажного
газа:

n(H₂O)
= φ(H₂O)×V*/V_m,
φ(H₂O)
= Р_Н2О/P_o

n(H₂O)
= 0,61×1/101,325×22,4 = 0,27×10^-3
моль

3)
Изменение массы составит:

Δm
= m(газа)
– m
(H₂O)
= n(H₂O)×(M_газа
–M_H2O)

Δm
= 0,27×10^-3(44,8
– 18) = 0,007 г

4)
m(вл.
газа) = 2 – 0,007 = 1,993 г

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Содержание:

Количество вещества:

В чём разница между понятиями «масса» и «количество»

Если мы будем производить подобные расчеты, соответствующие этому заданию, для простых веществ, образованных различными элементами, то всякий раз получим одно и то же число —

Например, в 1 моле водородного газа содержится молекул, в 1 моле поваренной соли (NaCI) ионов натрия и ионов хлора

Количество частиц, содержащихся в 1 моле химических веществ ( ), называется постоянной Авогадро (Na). Постоянная Авогадро отличается от числа Авогадро тем, что измеряется определенной единицей

Количество вещества можно вычислить по следующей формуле:

Здесь — количество вещества, — масса, М — молярная масса, N – заданное количество молекул, — постоянная Авогадро. Все представленные в формуле величины нам уже известны. Кроме понятия молярной массы. Давайте выясним сущность этого понятия.

Молярная масса

Молярной массой называют массу 1 моля вещества, выраженного в граммах. Молярная масса обозначается
буквой М, единицей измерения является г/моль.

При выражении молярной массы вещества в граммах, она численно бывает равна его относительной молекулярной массе (если состоит из молекул). Для сравнения запишем (таблица 1):

Как видно из сравнений, молярная масса веществ по своей единице отличается от относительной молекулярной массы. То есть молярная масса – измеряемая величина.

Как видно из вышесказанного, понятие молярная масса применяется как к химическим элементам, так и к простым и сложным веществам с молекулярным и немолекулярным строением.

На основе количества вещества (моль) можно производить следующие вычисления. Если известно мольное количество вещества:

Закон Авогадро и молярный объём газов

Обратите внимание на рисунки. Почему, несмотря на разные массы газов, они занимают одинаковый объём?

В начале XIX века итальянский ученый Авогадро, проведя наблюдения над свойствами газов в различных условиях и проанализировав открытые прежде законы о газах (Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и др.) в 1811 году сформулировал новый закон о газах. Закон Авогадро звучит следующим образом: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (одинаковых температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.

Итальянский ученый. В 1811 году им был открыт закон о газах, который впоследствии был назван его именем.

Мы уже знаем, что 1 моль любого вещества содержит молекул. Согласно закону Авогадро, можно утверждать, что одинаковое число молекул в 2 г водорода, 32 г кислорода, 28 г азота, 44 г углекислого газа занимает одинаковый объём.

Было вычислено, что при нормальных условиях объем 1 моля любого газа или смеси газов составляет примерно 22,4 л. Объем 1 моля газа при нормальных условиях (н.у.) называют молярным объемом данного газа, выраженным знаком . При измерении объема газа в литрах молярный объём составит Зависимость между количеством вещества и молярным объёмом газа можно выразить следующей формулой:

Здесь – количество вещества, – объём газа, – молярный объем.

На основе закона Авогадро и молярного объёма газов можно вычислить плотность газов при нормальных условиях и относительную плотность одного газа по отношению к другому газу. Плотность обозначается буквой её единица
измерения –

Нормальные условия означают: температура 0°С, 1 атм давления 1атм — 101,3 кПа

Для вычисления плотности какого-либо газа X в нормальных условиях (н.у.), следует его молярную массу разделить на молярный объем:

Например, вычислим плотности кислорода и углекислого газа при нормальных условиях:

Плотность твёрдых и жидких веществ при н.у. вычисляется по формуле .

Для того, чтобы определить, масса какого из газов с одинаковыми объемами и при одинаковых условиях бывает тяжелее, пользуются понятием относительной плотности. Отношение плотностей различных газов при одинаковых условиях равно отношению их молярных масс. Относительная плотность обозначается буквой D и не имеет единицы измерения. Формула относительной плотности следующая:

Относительную плотность газов в большинстве случаев вычисляют по самому легкому газу – водороду и воздуху:

В таком случае, относительная плотность углекислого газа по водороду вычисляется следующим образом:

Так как средняя молярная масса воздуха, состоящего из смеси газов, примерно равна 29 г/моль, то формула его относительной плотности следующая:

Способы вычисления средней молярной массы газовой смеси

Здесь: и количество молей газов, и – молярные массы газов, и – объем газов в н.у., (и – доля газов в объеме газовой смеси.

Среднюю молярную массу 1 моля смеси из двух различных газов можно вычислить по следующей формуле: .

При смешивании газов с одинаковыми молярными массами, которые при одинаковом давлении не вступают друг с другом в реакцию, плотность газовой смеси (при н.у.), а также их средняя молярная масса остаются неизменными. Например, при смешивании и

При смешивании газов с различными молярными массами, при одинаковом давлении, средняя молярная масса (при н.у.) и плотность полученной газовой смеси приобретают значение между молярными массами и плотностями смешиваемых газов. Например, при смешивании и

При добавлении газа с большей молярной массой в тот или иной газ при постоянном давлении плотность газовой смеси увеличивается, а при добавлении газа с меньшей молярной массой — уменьшается.

Закон объемных отношений

В химических реакциях соотношение объемов, вступающих в реакцию, и полученных газов равно соотношению их коэффициентов. Например:

(объёмное соотношение 2:1:2)

Численное соотношение объемов, молей и молекул газов равно друг другу.

Можно производить следующие вычисления по смесям:

  3)    Массовое соотношение двух газов: