Как да се изчисли частично налягане: 14 стъпки (със снимки)

2024 Автор: Jason Gerald | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-15 08:09

"Частично налягане" в химията е налягането, което всеки газ в газова смес оказва върху околностите си, като например обемна колба, резервоар за гмуркане с въздух или границата на атмосферата. Можете да изчислите налягането на всеки газ в смес, ако знаете количеството газ, обема, който заема, и температурата. Частичните налягания могат да се добавят заедно, за да се изчисли общото налягане на газовата смес. От друга страна, общото налягане може да бъде изчислено предварително, за да се изчисли парциалното налягане.

Стъпка

Част 1 от 3: Разбиране на свойствата на газовете

Стъпка 1. Третирайте всеки газ като „идеален“газ

В химията идеалният газ е газ, който взаимодейства с други газове, без да бъде привлечен от молекулите си. Самотните молекули могат да се блъскат и подскачат като билярдни топки, без да се деформират.

Налягането на идеалния газ се увеличава, когато се компресира в по -малко пространство и намалява, когато се разширява в по -голямо пространство. Тази връзка се нарича закон на Бойл, създаден от Робърт Бойл. Математически формулата е k = P x V или опростена до k = PV, k е константа, P е налягане, докато V е обем.
Има няколко възможни единици за налягане. Един от тях е Паскал (Па). Тази единица се определя като силата на един нютон, приложена към повърхност от един квадратен метър. Друга единица е атмосферата (атм). Атмосферата е налягането на земната атмосфера на морското равнище. Налягане от 1 атм е еквивалентно на 101 325 Pa.
Температурата на идеалния газ се повишава с увеличаване на обема и намалява с намаляване на обема. Тази връзка се нарича Закон на Чарлз, създаден от учения Жак Шарл. Математическата формула е k = V / T, където k е обемът и температурната константа, V е обемът, а Т е температурата.
Температурата на газа в това уравнение е дадена в градуси по Келвин, която се получава чрез добавяне на числото 273 към стойността на градуса в Целзий.
Двете формули по -горе могат да бъдат комбинирани с едно уравнение: k = PV / T, което може да бъде записано и като PV = kT.

Стъпка 2. Определете количеството газ за измерване

Газовете имат маса и обем. Обемът обикновено се измерва в литри (l), но има два вида маса.

Конвенционалната маса се измерва в грамове, но в по -големи количества единицата е килограми.
Тъй като газовете са много леки, използваните единици са молекулна маса или моларна маса. Моларната маса е сумата от общите атомни маси на всеки атом в съединението, което съставлява газа, всеки атом в сравнение с числото 12 за въглерод.
Тъй като атомите и молекулите са твърде малки за преброяване, количеството газ се определя в молове. Броят молове, присъстващи в даден газ, може да бъде получен чрез разделяне на масата на моларната маса и обозначена с буквата n.
Константата K в уравнението на газа може да бъде заменена с произведението на n, броя на молове (молове) и новата константа R. Сега формулата е nR = PV/T или PV = nRT.
Стойността на R зависи от мерните единици, използвани за измерване на налягането, обема и температурата на газа. За обем в литри, температура в Келвин и налягане в атмосфери, стойността е 0,0821 L atm/K mol. Тази стойност може да бъде записана като 0,0821 L atm K^-1 къртица ^-1 за да се избегне използването на наклонени черти за представяне на деления в мерни единици.

Стъпка 3. Разберете закона на Далтън за частичното налягане

Този закон е разработен от химика и физика Джон Далтън, който първо развива концепцията, че химичните елементи са изградени от атоми. Законът на Далтън гласи, че общото налягане на сместа от газове е сумата от наляганията на отделните газове в сместа.

Законът на Далтън може да бъде записан под формата на следната формула P_{обща сума} = П₁ + P₂ + P₃ … количеството P вдясно от знака е равно на количеството газ в сместа.
Формулата на закона на Далтън може да бъде разширена при работа с различни газове, при които парциалното налягане на всеки газ е неизвестно, но чийто обем и температура са известни. Парциалното налягане на газ е равно на налягането, което предполага, че газът в това количество е единственият газ в контейнера.
За всяко парциално налягане може да се използва формулата на идеалния газ. Вместо да се използва PV = nRT, може да се използва само P отляво. За това и двете страни са разделени на V: PV/V = nRT/V. Двете V от дясната страна се отменят, оставяйки P = nRT/V.
Можем да го използваме, за да заменим всеки P вдясно, който представлява определен газ във формулата за парциално налягане: P_{обща сума} = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Част 2 от 3: Изчисляване на частично налягане, след това общо налягане

Стъпка 1. Определете уравнението за парциално налягане за всеки газ, който изчислявате

За това изчисление се приема, че 2 -литрова колба съдържа 3 газа: азот (N₂), кислород (O₂) и въглероден диоксид (CO₂). Всеки газ има маса 10 g и температура 37 градуса по Целзий. Ще изчислим парциалното налягане на всеки газ и общото налягане на газовата смес в химическата колба.

Формулата за частично налягане е P_{обща сума} = П_азот + P_{кислород} + P_{въглероден двуокис}.
Тъй като търсим налягането за всеки газ с известен обем и температура, броят на молите на всеки газ може да бъде изчислен въз основа на неговата маса. Формулата може да бъде променена на: P_{обща сума} = (nRT/V) _азот + (nRT/V) _{кислород} + (nRT/V) _{въглероден двуокис}

Стъпка 2. Преобразувайте температурата в градуси по Келвин

Температурата в Целзий е 37 градуса, така че добавете 273 към 37, за да получите 310 градуса К.

Стъпка 3. Намерете броя молове на всеки газ, присъстващ в пробата

Броят молове на газ е масата на газа, разделена на неговата моларна маса, която е сумата от атомните маси на всеки атом в сместа.

За азотен газ (N₂), всеки атом има атомна маса 14. Тъй като азотът е двуатомен (молекула с два атома), стойността на 14 трябва да се умножи по 2, за да се получи моларна маса 28 за азота в тази проба. След това масата в грамове, 10 g, се дели на 28, за да се получи броят молове, така че резултатът е около 0,4 мола азот.
За следващия газ кислород (O₂), всеки атом има атомна маса 16. Кислородът също е двуатомен, така че 16 по 2 дава моларната маса на кислорода в пробата 32. 10 грама, разделени на 32, дават приблизително 0,3 мола кислород.
Следва въглероден диоксид (CO₂), който има 3 атома, а именно един въглероден атом с атомна маса 12 и два кислородни атома с атомна маса 16. Тези три атомни маси се добавят, за да се получи моларната маса: 12 + 16 + 16 = 44. Следващите 10 грама се делят на 44, така че резултатът е около 0,2 мола въглероден диоксид.

Стъпка 4. Въведете стойностите на мола, обема и температурата

Числата бяха въведени във формулата: P_{обща сума} = (0, 4 * R * 310/2) _азот + (0, 3 * R * 310/2) _{кислород} + (0, 2 * R * 310/2) _{въглероден двуокис}.

За простота, единиците не са написани. Тези единици ще бъдат изтрити в математическите изчисления, оставяйки само мерните единици за налягане

Стъпка 5. Въведете стойността на константата R

Общото и парциалното налягане ще бъдат изразени в атмосферни единици, така че използваната стойност R е 0,0821 L atm/K mol. След това тази стойност се въвежда в уравнението, така че формулата е P_{обща сума} =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _азот + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _{кислород} + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{въглероден двуокис}.

Стъпка 6. Изчислете парциалното налягане за всеки газ

Сега, когато всички необходими стойности са налични, е време да направите изчисления.

За парциалното налягане на азота 0.4 мола се умножава по константа от 0.0821 и температура от 310 градуса К, след което се разделя на 2 литра: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 атм, приблизително.
За парциалното налягане на кислорода 0,3 мола се умножават по константа от 0,0821 и температура от 310 градуса К, след което се разделят на 2 литра: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 атм, приблизително.
За парциалното налягане на въглеродния диоксид 0,2 мола се умножават по константа 0,0821 и температура от 310 градуса К, след което се разделят на 2 литра: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 атм, приблизително.
След това трите частични налягания се събират, за да се получи общото налягане: P_{обща сума} = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 или 11.45 atm, повече или по -малко.

Част 3 от 3: Изчисляване на общото налягане, след това частично

Стъпка 1. Определете формулата за парциално налягане както преди

Отново приемете, че 2 -литрова колба съдържа 3 различни газа: азот (N₂), кислород (O₂) и въглероден диоксид (CO₂). Масата на всеки газ е 10 грама, а температурата на всеки е 37 градуса С.

Температурата в Келвин все още е същата 310 градуса, а броят на молите е приблизително 0,4 мола азот, 0,3 мола кислород и 0,2 мола въглероден диоксид.
Използваната единица за налягане е също атмосферата, така че стойността на константата R е 0,0821 L atm/K mol.
Така че уравнението на парциалното налягане е все същото в този момент: P_{обща сума} =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _азот + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _{кислород} + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{въглероден двуокис}.

Стъпка 2. Добавете броя молове на всеки газ в пробата, за да получите общия брой молове на газовата смес

Тъй като обемът и температурата са еднакви за всяка проба от газ и всяка моларна стойност също се умножава по същата константа, можем да използваме разпределителното свойство на математиката, за да пренапишем уравнението, както следва:_{обща сума} = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Направете сумите: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 мола газова смес. Уравнението ще бъде по -просто, а именно P_{обща сума} = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Стъпка 3. Изчислете общото налягане на газовата смес

Направете умножението: 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 мола, повече или по -малко.

Стъпка 4. Изчислете пропорцията на всеки газ, който съставя сместа

За да се изчисли делът на всеки газ в сместа, разделете броя молове на всеки газ на общия брой молове.

Има 0,4 мола азот, така че 0,4/0,9 = 0,44 (44 %) проба, повече или по -малко.
Има 0,3 мола азот, така че 0,3/0,9 = 0,33 (33 процента) от пробата, повече или по -малко.
Има 0,2 мола въглероден диоксид, така че 0,2/0,9 = 0,22 (22 процента) от пробата, повече или по -малко.
Въпреки че изчисленото процентно изчисление по -горе връща 0.99, действителната десетична стойност се повтаря. Това означава, че след десетичната запетая числото е 9, което се повтаря. По дефиниция тази стойност е равна на 1 или 100 процента.