Объемная доля газов в смеси
1. Ознакомьтесь, запишите определение и формулу для нахождения объемной доли газа:
В состав воздуха входит несколько различных газов: кислород, азот , углекислый газ, благородные газы, водяные пары и некоторые другие вещества. Содержание каждого из этих газов в чистом воздухе строго определенно.
Для того чтобы выразить состав смеси газов в цифрах, т. е. количественно, используют особую величину, которую называют объемной долей газов в смеси.
Объемную долю газа в смеси обозначают греческой буквой – «фи».
Объемной долей газа в смеси называют отношение объема данного газа к общему объему смеси:
Что же показывает объемная доля газа в смеси или, как говорят, какой физический смысл этой величины? Объемная доля газа показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ.
Если бы нам удалось разделить 100 л воздуха на отдельные газообразные компоненты, мы получили бы около 78 л азота, 21 л кислорода, 30 мл углекислого газа, в оставшемся объеме содержались бы так называемые благородные газы (главным образом аргон) и некоторые другие (рис. 62).
|
Рис. 62. |
Рассчитаем объемные доли этих газов в воздухе:
Нетрудно заметить, что сумма объемных долей всех газов в смеси всегда равна 1, или 100%:
(азота) + (кисл.) + (угл. газа) + (др. газов) = 78% + 21% + 0,03% + 0,97% = 100%.
Тот воздух, который мы выдыхаем, гораздо беднее кислородом (его объемная доля снижается до 16%), зато содержание углекислого газа возрастает до 4%. Такой воздух для дыхания уже непригоден. Вот почему помещение, в котором находится много людей, надо регулярно проветривать.
В химии на производстве чаще приходится сталкиваться с обратной задачей: определять объем газа в смеси по известной объемной доле.
2. Рассмотрите примеры задач
Пример . Вычислите объем кислорода, содержащегося в 500 л воздуха.
Из определения объемной доли газа в смеси выразим объем кислорода:
V (кисл.) = V (возд.) (кисл.).
Подставим в уравнение числа и рассчитаем объем кислорода:
V (кисл.) = 500 (л) 0,21 = 105 л.
Кстати, для приближенных расчетов объемную долю кислорода в воздухе можно принять равной 0,2, или 20%.
При расчете объемных долей газов в смеси можно воспользоваться маленькой хитростью. Зная, что сумма объемных долей равна 100%, для «последнего» газа в смеси эту величину можно рассчитать по-другому.
Задача. Анализ атмосферы Венеры показал, что в 50 мл венерианского «воздуха» содержится 48,5 мл углекислого газа и 1,5 мл азота. Рассчитайте объемные доли газов в атмосфере планеты.
Дано:
V (смеси) = 50 мл,
V (угл. газа) = 48,5 мл,
V (азота) = 1,5 мл.
Найти:
(угл. газа),
Решение
Рассчитаем объемную долю углекислого газа в смеси. По определению:
Вычислим объемную долю азота в смеси, зная, что сумма объемных долей газов в смеси равна 100%:
(угл. газа) + (азота) = 100%,
(азота) = 100% – (угл. газа) = 100% – 97% = 3%.
Ответ. (угл. газа) = 97%, (азота) = 3%.
С помощью какой величины измеряют содержание компонентов в смесях другого типа, например в растворах? Понятно, что в этом случае пользоваться объемной долей неудобно. На помощь приходит новая величина, о которой вы узнаете на следующем уроке.
3. Выполните домашнее задание:
1. Что такое объемная доля компонента в газовой смеси?
2. Объемная доля аргона в воздухе 0,9%. Какой объем воздуха необходим для получения 5 л аргона?
3. При разделении воздуха было получено 224 л азота. Какие объемы кислорода и углекислого газа были получены при этом?
4. Объемная доля метана в природном газе составляет 92%. Какой объем этой газовой смеси будет содержать 4,6 мл метана?
5. Смешали 6 л кислорода и 2 л углекислого газа. Найдите объемную долю каждого газа в полученной смеси.
Концентрация - величина, характеризующая количественный составраствора.
Концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массыкобъёмураствора (моль/л, г/л), то есть это соотношение неоднородных величин.
Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора) правильно называть долями . Однакона практике для обоих видов выражения состава применяют терминконцентрация и говорят о концентрации растворов.
Существует много способов выражения концентрации растворов.
Массовая доля (также называют процентной концентрацией)
Массовая доля - отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы.
m 1 - масса растворённого вещества, г (кг);
m - общая масса раствора, г (кг).
Массовую долю растворённого вещества w (B) обычно выражают в долях единицы или в процентах. Например, массовая доля растворённого вещества – CaCl 2 в воде равна 0,06 или 6%. Это означает,что в растворе хлорида кальция массой 100 г содержится хлорид кальция массой 6 г и вода массой 94 г.
Пример: Сколько грамм сульфата натрия и воды нужно для приготовления 300 г 5% раствора?
Решение: m (Na 2 SO 4) = w (Na 2 SO 4) / 100 = (5 · 300) / 100 = 15 (г)
где w (Na 2 SO 4)) – массовая доля в %, m - масса раствора в г m (H 2 O) = 300 г - 15 г = 285 г.
Таким образом, для приготовления 300 г 5% раствора сульфата натрия надо взять 15 г Na 2 SO 4) и 285 г воды.
Массовое процентное содержание компонента, ω %
ω % =(m i /Σm i)*100
Объёмная доля
Объёмная доля - отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.
V 1 - объём растворённого вещества, л;
V - общий объём раствора, л.
Cуществуютареометры , предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированыне в значениях плотности , а непосредственно в значениях концентрации раствора. Для распространённых растворовэтилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили названиеспиртомеров.
Молярность (молярная объёмная концентрация)
Молярная концентрация - количество растворённого вещества (число молей) в единице объёма раствора. Молярная концентрация в измеряется в моль/л (M) или ммоль/л (mM). Также распространено выражение в «молярности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным.
ν - количество растворённого вещества, моль;
V - общий объём раствора, л.
Молярная концентрация измеряется в моль/л и обозначается "M". Например, 2 M NaOH - двухмолярный раствор гидроксида натрия. Один литр такого раствора содержит 2 моль вещества или 80 г.
Пример: Какую массу хромата калия K 2 CrO 4 нужно взять для приготовления 1,2 л 0,1 М раствора?
Решение: M(K 2 CrO 4) = C(K 2 CrO 4) · V · M(K 2 CrO 4) = 0,1 моль/л · 1,2 л · 194 г/моль » 23,3 г.
Таким образом, для приготовления 1,2 л 0,1 М раствора нужно взять 23,3 г K 2 CrO 4 и растворить в воде, а объём довести до 1,2 литра.
Объёмная доля (также объёмная часть , доля по объёму , объёмная концентрация ) - безразмерная величина, равная отношению объёма какого-то вещества в смеси к объёму всей смеси.
Обозначается греческой буквой φ .
Применяется в основном к газам и жидкостям.
Смысл величины
Объёмная доля вычисляется по формуле:
,
- V 1 - объём растворённого вещества в единицах объёма;
- V - общий объём раствора в тех же единицах.
Объёмная доля в химии
В химии величина используется в основном для газов, потому что объемная доля газовой смеси при н.у. равна его молярной концентрации.
Принято выражать объёмную долю в процентах.
См. также
Напишите отзыв о статье "Объёмная доля"
Ссылки
Отрывок, характеризующий Объёмная доля
Валуев конфиденциально рассказывал, что Уваров был прислан из Петербурга, для того чтобы узнать мнение москвичей об Аустерлице.В третьем кружке Нарышкин говорил о заседании австрийского военного совета, в котором Суворов закричал петухом в ответ на глупость австрийских генералов. Шиншин, стоявший тут же, хотел пошутить, сказав, что Кутузов, видно, и этому нетрудному искусству – кричать по петушиному – не мог выучиться у Суворова; но старички строго посмотрели на шутника, давая ему тем чувствовать, что здесь и в нынешний день так неприлично было говорить про Кутузова.
Граф Илья Андреич Ростов, озабоченно, торопливо похаживал в своих мягких сапогах из столовой в гостиную, поспешно и совершенно одинаково здороваясь с важными и неважными лицами, которых он всех знал, и изредка отыскивая глазами своего стройного молодца сына, радостно останавливал на нем свой взгляд и подмигивал ему. Молодой Ростов стоял у окна с Долоховым, с которым он недавно познакомился, и знакомством которого он дорожил. Старый граф подошел к ним и пожал руку Долохову.
Часть I
1. Для жидких и твёрдых смесей массовая доля компонента (w) рассчитывается по формуле:
2. Объёмная доля компонента газообразной смеси (φ) рассчитывается по формуле:
3. Используя материал пунктов 1 и 2, выведите формулы для расчётов:
4. Для расчёта m раствора, если известны его плотность и объём, используют формулу, известную из курса физики: m(р-ра)=V*P
Часть II
1. В 40 г дистиллированной воды растворили 2 г хлорида натрия. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.
2. В 2 л раствора серной кислоты содержится 456 г H2SO4. Рассчитайте массовую долю растворённого вещества, учитывая, что плотность раствора равна 1,14 г/мл.
3. Сколько воды и соли нужно взять, чтобы приготовить 250 г 10%-го раствора нитрата натрия?
5. Какова массовая доля сахара в растворе, полученном при упаривании 200 г 20%-го раствора до 70 г? Ответ округлить до десятых.
6. Смешали 120 г 40%-го и 280 г 10%-го раствора азотной кислоты. Определите массовую долю азотной кислоты в полученном растворе.
7. Сколько хлороводорода нужно растворить в 1 м3 воды, чтобы получить 20%-й раствор? Вычислите массу и объём (н. у.) хлороводорода.
8. В воздухе содержится 21% кислорода и 78% азота по объёму. Рассчитайте объём кислорода и азота в 250 м3 воздуха. Определите для каждого газа количество вещества и массу.
