Вам понадобится:
- молярная масса
- масса молекулы
- уравнение Менделеева-Клапейрона
- таблица Менделеева
#1
Если в сосуде находится смесь газов, то рассчитать объем этой смеси и давление не составит труда. Объем газа равен объему сосуда, так как газы имеют свойство заполнять всю предоставленную им емкость. Давление измеряют манометром. А вот как найти массу смеси газов? Задача легко решается, если известно процентное содержание газов в данной смеси. Например, пусть в сосуде находится 20% углекислого газа и 80% кислорода. Большинство заданий требует нахождение молярной массы вещества. Поэтому, для расчета молярной массы смеси понадобятся еще и относительные молекулярные массы присутствующих газов, найденные по таблице Менделеева. Для углекислого газа это число составляет 44, а для кислорода 32.
#2
Молярная масса смеси находится следующим образом, 44*0,2+32*0,8. Рассчитав таким образом молярную массу, можно решить задачу, как определить массу молекулы. Для ее нахождения нужно молярную массу газа разделить на постоянную Авогадро, численное значение которой Nа=6.3 моль-1. Чтобы рассчитать массу газа проделываем следующее математическое действие: массу одной молекулы умножаем на число молекул. Правда, надо еще уметь найти количество молекул каждого газа в сосуде. Можно поступить по-другому. Для того, как рассчитать массу газа, надо вспомнить уравнение Менделеева-Клапейрона PV = mRT/M.
#3
Преобразуя уравнение, можно получить расчетную формулу для нахождения массы газа m= PVM / RT, где М- молярная масса газа; R- универсальная газовая постоянная R=8,1 Дж/моль. К; Р – давление газа; Т – абсолютная температура; V – объем газа. В химии существует некоторая аналогия между смесью газов и раствором веществ. Ведь раствор – это такая же смесь, например воды и соли. Задаваясь вопросом, как найти массу раствора, приходим к следующему выводу. Нужно складывать массу воды и массу растворенной в ней соли. Точно так же, чтобы найти массу газовой смеси, нужно суммировать массы входящих в нее газов.
#4
На молекулярном уровне действует тот же принцип. Как найти относительную молекулярную массу какого-либо вещества? Необходимо складывать массы всех атомов, из которых строится молекула этого вещества. Относительные атомные массы всех химических элементов приведены в той же знаменитой таблице Менделеева. Их табличные значения надо округлять. Например, относительная атомная масса кислорода 16. Таким образом, для газов, жидкостей, и даже молекул нахождение общей массы сводится к суммированию масс компонентов, составляющих смесь или раствор. Этот принцип сложения получил название аддитивности масс.
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 определить молярную массу смеси газов?
Определите
молярную массу M смеси газов, образовавшуюся в результате смешения газа массой m1 и молярной массой M1 и газа массой m2 и молярной массой M2 .
Решение.
Давление
смеси по закону Дальтона равно сумме парциальных давлений.
Для
нахождения парциальных давления компонентов и давления смеси воспользуемся
уравнением Клапейрона-Менделеева. Учитывая, что после смешения газы находятся
при одинаковой температуре и занимают одинаковый объем имеем следующее.
Где
m = m1 + m2 – масса смеси.
Подставляя значения p1 , p2 и p в исходное уравнение, получаем.
Ответ: 
.
.
Источник: Физика. Полный курс подготовки к ЦТ. Под общей редакцией проф. В.А. Яковенко.
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?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
4.3.3. Расчеты массы вещества или объема газов по известному количеству вещества, массе или объему одного из участвующих в реакции веществ.
На данный момент задачи по этой теме кодификатора идут в КИМе ЕГЭ под номером 29.
Для их решения можно воспользоваться следующим алгоритмом:
1) записать уравнение реакции, о которой идет речь в задаче, и убедиться в правильности расставленных коэффициентов;
2) рассчитать количество молей вещества, масса или объем которого указаны в условии.
Если указана масса некого вещества A, то расчет количества вещества для него следует вести по формуле:
где mA – масса вещества А, а MA – молярная масса вещества А.
Если указан объем газообразного вещества А:
где VA – объем газообразного вещества А, а Vm – молярный объем, одинаковый для всех газов и при н.у. равный 22,4 л/моль.
Иногда вместо массы или объема вещества дается его количество вещества (моль). В таком случае действия по его нахождению не требуются.
3) далее от молей вещества А нужно перейти к молям вещества, массу или объем которого спрашивают в условии.
Допустим спрашивают объем или массу вещества B. Тогда для перехода от количества моль вещества А к количеству моль вещества B следует пользоваться тем правилом, что для любого вещества его количество, деленное на его коэффициент, в уравнении реакции одно и то же. Т.е. количества веществ А и В связаны друг с другом через коэффициенты в уравнении следующим образом:
где n(A) и n(B) – количества вещества А и В соответственно, а k(A) и k(B) – коэффициенты в уравнении перед этими веществами.
Из этого выражения следует, что количество вещества В равно:
4) далее, зная количество вещества B, мы можем найти его массу по формуле:
Если же вещество B является газом и спрашивают его объем, то рассчитать его можно следующим образом:
В общем, последовательность решения таких задач можно изобразить следующей схемой:
1) Зная массу или объем вещества A, рассчитываем его количество вещества.
2) Зная количество вещества A, рассчитываем количество вещества B по формуле:
где n(A) и n(B) – количества веществ А и В соответственно, а k(A) и k(B) – коэффициенты в уравнении перед этими веществами.
3) В зависимости от того, требуется найти массу вещества В или объем газа В, умножаем его количество либо на молярную массу, либо на молярный объем газа:
Пример
Какая масса сульфида алюминия потребуется для того, чтобы в результате его взаимодействия с избытком соляной кислоты образовался газ объемом 33,6 л (н.у.).
Решение:
1) Запишем уравнение реакции:
2) Рассчитываем количество вещества, для которого известна его масса или объем (в случае газа). Нам известен объем сероводорода, рассчитаем его количество вещества:
3) Отношение количества вещества любого фигуранта реакции к его коэффициенту в уравнении этой реакции всегда одно и то же. Т.е. для сульфида алюминия и сероводорода мы можем записать, что:
где k(Al2S3) и k(H2S) – коэффициенты перед Al2S3 и H2S соответственно.
Из этого выражения выразим n(Al2S3):
Подставим известные значения n(H2S) и коэффициентов перед H2S и Al2S3:
Тогда масса сульфида алюминия будет равна:
Задачи с реальных экзаменов ЕГЭ на тему «Расчеты массы вещества или объема газов по известному количеству вещества, массе или объему одного из участвующих в реакции веществ» можно порешать здесь.
