Информационно-образовательный портал
e-mail: [email protected]

Агрегатное состояние вещества

Агрегатное состояние вещества

Задача 1. При каком молярном соотношении оксида серы (IV) и аргона получается смесь, которая в два раза тяжелее возду­ха?

Решение. Средняя молярная масса смеси в два раза больше средней молярной массы воздуха: Мср(SO2, Ar) = 2∙29 = 58 г/моль. Пусть в смеси содержится х моль SO2 и y моль А. Тогда, пользуясь определением средней молярной массы, можно запи­сать соотношение

Мср = (64x + 40у) / (х+у) = 58,

откуда х = Зу.

Мы видим, что средняя молярная масса газовой смеси зависит от относительного, а не абсолютного количества компонентов смеси, т. е. не от х и у по отдельности, а только от их отношения.

Ответ. v(SО2) : у(Аr ) = 3:1.

Задача 2. Плотность смеси кислорода и озона по водороду равна 17. Определите массовую, объемную и мольную доли кис­лорода в смеси.

Решение. Средняя молярная масса смеси равна 17∙2 = 34 г/моль. Пусть в смеси содержится х моль О2 и у моль О3. Тогда, пользуясь определением средней молярной массы, можно записать соотношение

Мср = (32х+48у) / (х+у) = 34,

откуда х=7у. Мольная доля кислорода в смеси равна х/(х+у) = 0,875, или 87,5%.

По закону Авогадро, объем газа прямо пропорционален его количеству, причем коэффициент пропорциональности одинаков для всех газов и зависит только от температуры и давления, поэтому объемная доля газа в смеси всегда равна его мольной доле.

Найдем теперь массовую долю кислорода. m(О2) = 32х = 32∙7y = 224 y, m (О3) = 48у, m (смеси) = 224у + 48у = 272у. Массовая доля кислорода равна: ω(О2) = 224у/272у = 0,824, или 82,4%.

Мы видим, что мольная, объемная и массовая доли вещества в смеси не зависят от общего количества смеси (т. е. , х + у). Поэтому для расчетов часто выбирают любое удобное количество смеси, например 1 моль, или 100 л, или 100 г и т. д.

Ответ. Мольная и объемная доли О2 – 87,5%, массовая доля О2 – 82,4%.

Задача 3. Найдите плотность по азоту воздуха, имеющего следующий объемный состав: 20,0% О2, 79,0% N2, 1,0% Аr.

Решение. Поскольку объемы газов пропорциональны их количествам (закон Авогадро), то среднюю молярную массу смеси можно выражать не только через моли, но и через объемы:

Мср = (М1∙V1 + М2∙V2 + М3∙V3) / (V1+ V2 + V3).

Возьмем 100 л смеси, тогда V(О2) = 20 л, V(N2 ) = 79 л, V(Аr) = 1л. Подставляя эти значения в формулу, получим:Мср (32∙20+28∙79+40∙1) / (20+79+1) = 28,9 г/моль. Плотность по азоту получается делением средней молярной массы на молярную массу азота: DN2 = 28,9/28 = 1,03.

Ответ. DN2( возд) = 1,03.

Задача 4. Имеется смесь азота и углекислого газа. При добавлении какого газа к этой смеси ее плотность: а) увеличится; уменьшится? Приведите по два примера в каждом случае.

Решение. В данном случае мы не можем точно рассчитать среднюю молярную массу, поскольку мы не знаем относительные количества веществ. Однако, существует простая математическая теорема, согласно которой при любом содержании компонентов средняя молярная масса всегда больше наименьшей молярной массы из всех компонентов смеси и меньше наибольшей моляр­ной массы:

Mmin ср max

В применении к данной задаче это означает, что

28 ср Для того, чтобы плотность смеси увеличилась, надо добавить газ с молярной массой, большей, чем Мср. Для этого достаточно, чтобы М > 44 г/моль, например, С4Н10 (М=58) и Кr (М=84).

Аналогично, для того, чтобы плотность смеси уменьшилась, надо добавить газ с молярной массой, меньшей, чем Мср. Для это­го достаточно, чтобы М 4 (М=16) и Не (M=4).

Ответ. а) С4Н10, Kr; б) СН4, Не.

Задача 5. Какой из галогеноводородов находится в смеси с азотом, если известно, что при нормальном атмосферном давле­нии и температуре 70°С плотность смеси равна 0,8859 г/л?

Решение. По плотности смеси можно найти среднюю моляр­ную массу:

Мср = ρRT/Р = 0,8859∙8,31∙343/101,3 = 24, 9 г/моль.

Один из двух газов имеет молярную массу большую, чем Мср, – это азот; следовательно, второй газ должен иметь молярную мас­су меньше, чем Мср:

М(HHal) Этому условию удовлетворяет только фтороводород: M(НF) = 20 г/моль.

Ответ. НF.

№7. Агрегатное состояние вещества.

Задача 1. При каком молярном соотношении оксида серы (IV) и аргона получается смесь, которая в два раза тяжелее возду­ха?

Решение. Средняя молярная масса смеси в два раза больше средней молярной массы воздуха: Мср(SO2, Ar) = 2∙29 = 58 г/моль. Пусть в смеси содержится х моль SO2 и y моль А. Тогда, пользуясь определением средней молярной массы, можно запи­сать соотношение

Мср = (64x + 40у) / (х+у) = 58,

откуда х = Зу.

Мы видим, что средняя молярная масса газовой смеси зависит от относительного, а не абсолютного количества компонентов смеси, т. е. не от х и у по отдельности, а только от их отношения.

Ответ. v(SО2) : у(Аr ) = 3:1.

Задача 2. Плотность смеси кислорода и озона по водороду равна 17. Определите массовую, объемную и мольную доли кис­лорода в смеси.

Решение. Средняя молярная масса смеси равна 17∙2 = 34 г/моль. Пусть в смеси содержится х моль О2 и у моль О3. Тогда, пользуясь определением средней молярной массы, можно записать соотношение

Мср = (32х+48у) / (х+у) = 34,

откуда х=7у. Мольная доля кислорода в смеси равна х/(х+у) = 0,875, или 87,5%.

По закону Авогадро, объем газа прямо пропорционален его количеству, причем коэффициент пропорциональности одинаков для всех газов и зависит только от температуры и давления, поэтому объемная доля газа в смеси всегда равна его мольной доле.

Найдем теперь массовую долю кислорода. m(О2) = 32х = 32∙7y = 224 y, m (О3) = 48у, m (смеси) = 224у + 48у = 272у. Массовая доля кислорода равна: ω(О2) = 224у/272у = 0,824, или 82,4%.

Мы видим, что мольная, объемная и массовая доли вещества в смеси не зависят от общего количества смеси (т. е. , х + у). Поэтому для расчетов часто выбирают любое удобное количество смеси, например 1 моль, или 100 л, или 100 г и т. д.

Ответ. Мольная и объемная доли О2 – 87,5%, массовая доля О2 – 82,4%.

Задача 3. Найдите плотность по азоту воздуха, имеющего следующий объемный состав: 20,0% О2, 79,0% N2, 1,0% Аr.

Решение. Поскольку объемы газов пропорциональны их количествам (закон Авогадро), то среднюю молярную массу смеси можно выражать не только через моли, но и через объемы:

Мср = (М1∙V1 + М2∙V2 + М3∙V3) / (V1+ V2 + V3).

Возьмем 100 л смеси, тогда V(О2) = 20 л, V(N2 ) = 79 л, V(Аr) = 1л. Подставляя эти значения в формулу, получим:Мср (32∙20+28∙79+40∙1) / (20+79+1) = 28,9 г/моль. Плотность по азоту получается делением средней молярной массы на молярную массу азота: DN2 = 28,9/28 = 1,03.

Ответ. DN2( возд) = 1,03.

Задача 4. Имеется смесь азота и углекислого газа. При добавлении какого газа к этой смеси ее плотность: а) увеличится; уменьшится? Приведите по два примера в каждом случае.

Решение. В данном случае мы не можем точно рассчитать среднюю молярную массу, поскольку мы не знаем относительные количества веществ. Однако, существует простая математическая теорема, согласно которой при любом содержании компонентов средняя молярная масса всегда больше наименьшей молярной массы из всех компонентов смеси и меньше наибольшей моляр­ной массы:

Mmin ср max

В применении к данной задаче это означает, что

28 ср Для того, чтобы плотность смеси увеличилась, надо добавить газ с молярной массой, большей, чем Мср. Для этого достаточно, чтобы М > 44 г/моль, например, С4Н10 (М=58) и Кr (М=84).

Аналогично, для того, чтобы плотность смеси уменьшилась, надо добавить газ с молярной массой, меньшей, чем Мср. Для это­го достаточно, чтобы М 4 (М=16) и Не (M=4).

Ответ. а) С4Н10, Kr; б) СН4, Не.

Задача 5. Какой из галогеноводородов находится в смеси с азотом, если известно, что при нормальном атмосферном давле­нии и температуре 70°С плотность смеси равна 0,8859 г/л?

Решение. По плотности смеси можно найти среднюю моляр­ную массу:

Мср = ρRT/Р = 0,8859∙8,31∙343/101,3 = 24, 9 г/моль.

Один из двух газов имеет молярную массу большую, чем Мср, – это азот; следовательно, второй газ должен иметь молярную мас­су меньше, чем Мср:

М(HHal) Этому условию удовлетворяет только фтороводород: M(НF) = 20 г/моль.

Ответ. НF.

Н. В. Ким, МБОУ МО "СОШ №6", г. Нягань ,Тюменская область

Метки: Химия