Нормальные и стандартные условия
Нормальными условиями принято считать давление газа P0=101.325 кПа и его температуру
T0=0 ºС или T0=273.2 К.
ГОСТы на топливные газы принято утверждать при температуре T20=+20 ºС и P0101.325 кПа (760 мм рт.ст.), в связи
с этим эти условия называют стандартными.
Нормальные и стандартные условия введены для сравнения объёмных количеств
различных газов.
Приведение газа к нормальным условиям осуществляется по следующему
уравнению:
Рисунок 252. (1)
Аналогично для приведения газа к стандартным условиям:
Рисунок 253. (2)
Иногда приходится газ, находящийся при нормальных и стандартных условиях,
приводить к заданным условиям температуры и давления. Приведенные выше соотношения
примут следующий вид:
Рисунок 254. (3)
Рисунок 255. (4)
где
-
V0– объём газа
при нормальных условиях (P0, T0),
м3; -
V
– объём газа при давлении P и температуре Т °С,
м3; -
P0 –
нормальное давление газа, P0=101.325 кПа
= 0.101325 МПа, (760 мм рт.ст.); -
273.2 – нормальная температура, то есть T0,
К; -
V20– объём
газа при стандартных условиях (температуре T20=273.2+20=293.2 и
давлении P0),
м3.
Данный онлайн калькулятор рассчитывает молярный объем идеального газа в зависимости от условий (разных значений температуры и давления). Формулы и перечисление некоторых часто используемых значений для описания физических условий можно найти под калькулятором.
Молярный объем газа
Точность вычисления
Знаков после запятой: 3
Калькулятор использует уравнение молярного объема идеального газа:
Уравнение идеального газа является достаточно близкой аппроксимацией для многих реальных газов. Для заданных температуры и давления, молярный объем для всех идеальных газов один и тот же, и известен с точностью совпадающей с точностью универсальной газовой постоянной: R = 0.082 057 338(47) Л атм K−1 моль−1, то есть относительная стандартная неопределенность молярного объема равна 5.7×10−7, в соответствии с рекомендацией CODATA от 20141
Так как молярный объем одинаков для всех газов, он может быть вычислен независимо от газа по температуре и давлению (физическим условиям). Например, для стандартных условий по версии НИСТ (стандартной температуре 273.15 K и стандартному давлению 101.325 kPa), молярный объем идеального газа равен 22.413962×10-3 м3 моль-1 со стандартной неопределенностью 0.000013 x 10-3 м3 моль-12
Собственно, слова стандартные условия или нормальные условия (что не одно и тоже) для давления и температуры — это отсылка к “справочным”, известным значениям температуры и давления, применяющимся для вычисления значений других физических величин, зависящих от давления и температуры.
Для удобства значения молярного объема для некоторых общеупотребимых физических условий приведены в таблице ниже.
| Физические условия | Температура | Давление | Молярный объем, литры |
|---|---|---|---|
| Стандартные условия (НИСТ) | 0C (273.15K) | 101.325кПа (1атм) | 22.414 |
| Стандартные условия (ИЮПАК) | 0C (273.15K) | 100.000кПа (1бар) | 22.711 |
| Нормальные условия (некоторые ГОСТы, НИСТ) | 20C (293.15K) | 101.325кПа (1атм) | 24.055 |
Разные отрасли и организации, могут использовать свои значения температуры и давления для расчетов. Используя калькулятор, мы можете ввести нужные вам значения температуры и давления и получить молярный объем газа.
Обратите внимание, что для больших значений (сотни атмосфер и тысячи градусов) поведение реальных газов отличается от поведения идеальных газов (собственно, поэтому они и не “идеальные”) и использовать уравнение, приведенное выше, нельзя.
Объем, масса, плотность, удельный объем. Приведение к нормальным и стандартным условиям и пересчет
Приведение к нормальным и стандартным условиям
Единицей измерения объема газа является кубический метр (м³). Измеренный объем приводится к нормальным физическим условиям.
Нормальные физические условия: давление 101 325 Па, температура 273,16 К (0 °С).
Стандартные условия: давление 101 325 Па, температура 293,16 К (+20 °С).
В настоящее время эти обозначения выходят из употребления. Поэтому в дальнейшем следует указывать те условия, к которым относятся объемы и другие параметры газа. Если эти условия не указываются, то это значит, что параметры газа даны при 0 °С (273,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²). Иногда объем газа (особенно в иностранной литературе и нормах) при пользовании системой СИ приводится к 288,16 °К (+15 °С) и давлению 1 бар (105 Па).
Если известен объем газа при одних условиях, то пересчитать его в объемы при других условиях можно с помощью коэффициентов, приведенных следующей таблице.
Коэффициенты для пересчета объемов газа из одних условий в другие
| Температура и даление газа | 0 °С и 760 мм рт. ст. | 15 °С и 760 мм рт. ст. | 20 °С и 760 мм рт. ст. | 15 °С (288,16 °К) и 1 бар |
| 0 °С и 760 мм рт. ст. (норм. условия) | 1 | 1,055 | 1,073 | 1,069 |
| 15 °С и 760 мм рт. ст. (в зар. литературе) | 0,948 | 1 | 1,019 | 1,013 |
| 20 °С и 760 мм рт. ст. (ст. условия) | 0,932 | 0,983 | 1 | 0,966 |
| 15 °С (288,16 °К) и 1 бар (СИ) | 0,936 | 0,987 | 1,003 | 1 |
Для приведения объемов газа к 0 °С (273,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²), а также к 20 °С (293,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²) могут быть применены следующие формулы:
где V0 °С и 760 мм рт. ст. — объем газа при 0 °С и 760 мм рт. ст., м³;
V20° С и 760 мм рт. ст. — объем газа при 20 °С и 760 мм рт. ст., м³;
VP — объем газа в рабочих условиях, м³;
р — абсолютное давление газа в рабочих условиях, мм рт. ст.;
Т — абсолютная температура газа в рабочих условиях, °К.
Пересчет объемов газа, приведенных к 0 °С и 760 мм рт. ст., а также к 20 °С и 760 мм рт. ст., в объемы при других (рабочих) условиях можно производить по формулам:
Любой газ способен расширяться. Следовательно, знание объема, который занимает газ, недостаточно для определения его массы, так как в любом объеме, целиком заполненном газом, его масса может быть различной.
Масса — это мера вещества какого-либо тела (жидкости, газа) в состоянии покоя; скалярная величина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства тела. Единицы массы в СИ — килограмм (кг).
Плотность, или масса единицы объема, обозначаемая буквой p, — это отношение массы тела m, кг, к его объему, V, м³:
p = m/V
или с учетом химической формулы газа:
p = M/VМ = M/22,4,
где M — молекулярная масса,
VМ — молярный объем.
Единица плотности в СИ — килограмм на кубический метр (кг/м³).
Зная состав газовой смеси и плотность ее компонентов, определяем по правилу смешения среднюю плотность смеси:
pсм = (p1V1 + p2V2 + … + pnVn)/100,
где p1, p2, …, pn — плотность компонентов газового топлива, кг/м³;
V1, V2, …, Vn — содержание компонента, об. %.
Величину, обратную плотности, называют удельным, или массовым, объемом (ν) и измеряют в кубических метрах на килограмм (м³/кг).
Как правило, на практике, чтобы показать, на сколько 1 м³ газа легче или тяжелее 1 м³ воздуха, используют понятие относительная плотность d, которая представляет собой отношение плотности газа к плотности воздуха:
d = p/1,293
и
d = M/(22,4×1,293).
Моля́рный объём Vm — отношение объёма вещества к его количеству, численно равен объёму одного моля вещества. Термин «молярный объём» может быть применён к простым веществам, химическим соединениям и смесям. В общем случае он зависит от температуры, давления и агрегатного состояния вещества. Молярный объём также можно получить делением молярной массы M вещества на его плотность ρ: таким образом, Vm = V/n = M/ρ. Молярный объём характеризует плотность упаковки молекул в данном веществе. Для простых веществ иногда используется термин атомный объём[1].
В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения молярного объёма является кубический метр на моль (русское обозначение: м3/моль; международное: m3/mol).
Молярный объём смеси[править | править код]
Для смеси веществ, при расчёте молярного объёма, количеством вещества считают сумму количеств всех веществ, составляющих смесь. Если известна плотность смеси ρc, мольные доли компонентов xi и их молярные массы Mi, молярный объём смеси можно найти как отношение средней молярной массы смеси (суммы молярных масс её компонентов, умноженных на их мольные доли) к плотности смеси.
Молярный объём газов[править | править код]
Согласно закону Авогадро, одинаковые количества газов при одинаковых условиях занимают одинаковый объём. Молярный объём идеального газа рассчитывается по формуле, выводящейся из уравнения состояния идеального газа
- ,
где T — термодинамическая температура, P — давление, R = 8,314 462 618 153 24 (точно) м3⋅Па⋅К−1⋅моль−1 — универсальная газовая постоянная.
При стандартных условиях (T = 273,15 K (0 °C), P = 101 325 Па) молярный объём идеального газа Vm = 22,413 969 545… л/моль[2][3]. Молярные объёмы идеального газа при других давлениях и температурах, часто принимаемых в качестве стандартных:
- Vm = 24,465 403 697… л/моль (T = 298,15 K (25 °C), P = 101 325 Па),
- Vm = 22,710 954 641… л/моль (T = 273,15 K (0 °C), P = 100 000 Па)[4],
- Vm = 24,789 570 296… л/моль (T = 298,15 K (25 °C), P = 100 000 Па).
| Газ | Vm, л/моль | Газ | Vm, л/моль |
|---|---|---|---|
| He | 22,426 | CO | 22,408 |
| Ne | 22,428 | CO2 | 22,262 |
| Ar | 22,394 | N2O | 22,260 |
| Kr | 22,388 | SO2 | 21,889 |
| Xe | 22,266 | CH4 | 22,376 |
| H2 | 22,430 | C2H6 | 22,176 |
| O2 | 22,393 | C2H4 | 22,255 |
| N2 | 22,404 | C2H2 | 22,157 |
Молярные объёмы реальных газов в той или иной степени отличаются от молярного объёма идеального газа, однако во многих случаях для практических вычислений отклонениями от идеальности можно пренебречь. Различие молярных объёмов идеального и реального газа связано в первую очередь с силами притяжения между молекулами и с конечным объёмом молекулы реального газа; в связи с этим, уравнение состояния реального газа с большей точностью описывается не формулой Менделеева — Клапейрона (уравнением состояния идеального газа), а формулой Ван-дер-Ваальса:
В таблице справа приведены молярные объёмы некоторых реальных газов (T = 273,15 K (0 °C), P = 101 325 Па)[5]. Видно, что для газов с относительно большими молекулами (двуокись серы, углеводороды) молярный объём несколько меньше молярного объёма идеального газа (22,414 л/моль в указанных условиях); для газов с маленькими молекулами (гелий, неон, водород) молярный объём несколько больше «идеального».
С молярным объёмом идеального газа связана постоянная Лошмидта NL — количество молекул идеального газа в единице объёма при стандартных условиях:
Молярный объём кристаллов[править | править код]
Объём Vя элементарной ячейки кристалла можно вычислить из параметров кристаллической структуры, которые определяются с помощью рентгеноструктурного анализа. Объём ячейки связан с молярным объёмом следующим образом:
- Vm = VяNA/Z,
где Z — количество формульных единиц в элементарной ячейке.
Значения молярного объёма химических элементов[править | править код]
Ниже приведены значения молярного (атомного) объёма простых веществ в см3/моль (10−6 м3/моль, 10−3 л/моль) при нормальных условиях либо (для элементов, газообразных при н.у.) при температуре конденсации и нормальном давлении.
| Группа | I A (1) | II A (2) | III B (3) | IV B (4) | V B (5) | VI B (6) | VII B (7) | VIII B (8) | VIII B (9) | VIII B (10) | I B (11) | II B (12) | III A (13) | IV A (14) | V A (15) | VI A (16) | VII A (17) | VIII A (18) |
| Период | ||||||||||||||||||
| 1 | H 14,0 |
He 31,8 |
||||||||||||||||
| 2 | Li 13,1 |
Be 5 |
B 4,6 |
C 5,3 |
N 17,3 |
O 14 |
F 17,1 |
Ne 16,8 |
||||||||||
| 3 | Na 23,7 |
Mg 14 |
Al 10 |
Si 12,1 |
P 17 |
S 15,5 |
Cl 18,7 |
Ar 24,2 |
||||||||||
| 4 | K 45,3 |
Ca 29,9 |
Sc 15 |
Ti 10,6 |
V 8,35 |
Cr 7,23 |
Mn 7,39 |
Fe 7,1 |
Co 6,7 |
Ni 6,6 |
Cu 7,1 |
Zn 9,2 |
Ga 11,8 |
Ge 13,6 |
As 13,1 |
Se 16,5 |
Br 23,5 |
Kr 32,2 |
| 5 | Rb 55,9 |
Sr 33,7 |
Y 19,8 |
Zr 14,1 |
Nb 10,8 |
Mo 9,4 |
Tc 8,5 |
Ru 8,3 |
Rh 8,3 |
Pd 8,9 |
Ag 10,3 |
Cd 13,1 |
In 15,7 |
Sn 16,3 |
Sb 18,4 |
Te 20,5 |
I 25,7 |
Xe 42,9 |
| 6 | Cs 70 |
Ba 39 |
* | Hf 13,6 |
Ta 10,9 |
W 9,53 |
Re 8,85 |
Os 8,43 |
Ir 8,54 |
Pt 9,1 |
Au 10,2 |
Hg 14,8 |
Tl 17,2 |
Pb 18,3 |
Bi 21,3 |
Po 22,7 |
At н/д |
Rn н/д |
| 7 | Fr н/д |
Ra 45 |
** | Rf н/д |
Db н/д |
Sg н/д |
Bh н/д |
Hs н/д |
Mt н/д |
Ds н/д |
Rg н/д |
Cn н/д |
Nh н/д |
Fl н/д |
Mc н/д |
Lv н/д |
Ts н/д |
Og н/д |
| Лантаноиды | * | La 22,5 |
Ce 21 |
Pr 20,8 |
Nd 20,6 |
Pm 19,96 |
Sm 19,9 |
Eu 28,9 |
Gd 19,9 |
Tb 19,2 |
Dy 19 |
Ho 18,7 |
Er 18,4 |
Tm 18,1 |
Yb 24,8 |
Lu 17,8 |
||
| Актиноиды | ** | Ac 22,54 |
Th 19,8 |
Pa 15 |
U 12,5 |
Np 21,1 |
Pu 12,12 |
Am 20,8 |
Cm 18,28 |
Bk 16,8 |
Cf 16,5 |
Es н/д |
Fm н/д |
Md н/д |
No н/д |
Lr н/д |
||
См. также[править | править код]
- Число Авогадро
- Удельный объём
- Молярная масса
- Молярная теплоёмкость
Примечания[править | править код]
- ↑ Для молекулярных кристаллов простых веществ молярный объём, определяемый через 1 моль молекул, не равен атомному объёму, поскольку количество атомов не равно количеству молекул. В этих случаях необходимо уточнять, относится ли указанная величина к молекулярному или к атомному молярному объёму. Так, атомный молярный объём иода (кристаллы, состоящие из двухатомных молекул I2) вдвое меньше молекулярного молярного объёма.
- ↑ CODATA Value: molar volume of ideal gas (273.15 K, 101.325 kPa). Дата обращения: 17 ноября 2022.
- ↑ После изменения определений основных единиц СИ в 2019 году универсальная газовая константа стала не измеряемой, а определяемой (точно фиксированной) величиной, будучи произведением точно фиксированных величин — постоянной Больцмана и постоянной Авогадро. Это же относится и к стандартному молярному объёму.
- ↑ CODATA Value: molar volume of ideal gas (273.15 K, 100 kPa). Дата обращения: 17 ноября 2022.
- ↑ 1 2 Battino R. The Ostwald coefficient of gas solubility (англ.) // Fluid Phase Equilibria. — 1984. — Vol. 15, no. 3. — P. 231—240. — ISSN 0378-3812. — doi:10.1016/0378-3812(84)87009-0. [исправить]; Table 2.
Решение
многих задач по химии значительно
упрощается, если при вычислениях
применяются газовые законы и вытекающие
из них фактические выводы:
1
моль любого газа ( или пара) занимает
при нормальных условиях, т. е. при 00С
и 760 мм давления, объём, равный 22,4 литра;
молекулярная
масса (М) газа ( или пара ) равна его
удвоенной плотности по водороду (D):
М
= 2D
D
=
.
Так
как водород легче воздуха в 14,5 раза, то
плотность газа по воздуху ( d
) равна:
d
=
.
D
= 14,5d.
Поставив
в формулу М + 2D
значение D,
равное 14,5 d,
получаем:
М
= 2 × 14,5d
или М = 29d.
d
=
Так
как 1 моль газа занимает при нормальных
условиях объём, равный 22,4 л, то, зная
формулу газа, можно вычислить:
а)объём,
занимаемый 1 граммом газа при нормальных
условиях, по формуле:
V
=
б)
массу 1 литра газа, измеренного при
нормальных условиях:
m
=
.
Если
же известна масса 1 литра газа, измеренного
при нормальных условиях, то легко
вычислить молекулярную массу газа (
моль ) по формуле:
1
моль = 22,4 × m
3.1 Нахождение массы заданного объёма газа, заданного при нормальных условиях.
Пример.
Найти массу 1 литра кислорода, измеренного
при нормальных условиях.
Решение:
Формула
кислорода О2
, молекулярная масса кислорода равна
32(16 × 2 = 32). Масса 1 моль 32 г. Следовательно,
32 г кислорода занимают при нормальных
условиях объём, равный 22,4 л. На этом
основании делаем следующую запись:
22,4 Л весят 32 г
1 Л весит х г
22,4
: 1 = 32 : Х
Х
= 32 : 22,4 = 1,43 (г).
Ответ:
масса 1 литра кислорода, измеренного
при нормальных условиях, равна 1,43 г.
Справочный
материал:
Чтобы
узнать массу 1 л любого газа ( или пара
), измеренного при нормальных условиях
, следует число, выражающее молекулярную
массу газа, разделить на 22,4.
Нормальные
условия — стандартные физические
условия, с которыми обычно соотносят
свойства веществ. Нормальные условия
определены IUPAC (Международным союзом
практической и прикладной химии)
следующим образом:
Атмосферное
давление 101325 Па = 760 мм рт. ст..
Температура
воздуха 273,15 K = 0° C.
Закон
Авогадро:
один
из основных законов идеальных газов,
согласно которому в равных объёмах
различных газов при одинаковых
температурах и давлениях содержится
одинаковое число молекул. Число молекул
в одном моле называют числом Авогадро.
Закон был открыт А. Авогадро в 1811 году:
1)
1 моль любого идеального газа при
одинаковых температурах и давлениях
занимает один и тот же объём, равный
22,4 литра при давлении 101 325 Па/м2 (760 мм
рт. ст.) и температуре 0°С;
2)
плотности r2 и r1 двух идеальных газов
при одних и тех же давлении и температуре
прямо пропорциональны (и удельные объёмы
V1
и V
2
обратно пропорциональны) их молекулярным
массам M2. и M1 :
Задания:
1)Какова
масса при н.у. 2,5 л: а) сероводорода; б)
оксида серы(IY);
в) паров оксида серы(YI);
г) паров CS2?
Ответ: а)3,8 г, б)7.1 г, в) 8.9 г, г) 8.4 г.
2)Сколько
граммов воздуха необходимо для окисления
160 г серы? (Содержание кислорода в воздухе
равно 23% по массе.) (Ответ: 696 г.)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
