Газовые смеси способы задания состава газовых смесей

Способы задания состава смеси

В технике часто имеют дело с газовыми смесями, близкими по свойствам с идеальными газами. Такие газы представляют механическую смесь отдельных газов. Примером газовой смеси может служить воздух, который состоит из кислорода, углекислого газа, водяных паров и одноатомных газов. Поэтому, для решения практических задач необходимо уметь определять основные параметры газовой смеси: газовую постоянную, среднюю молекулярную массу, парциальные давления и др.

Под газовой смесью понимается система, состоящая из нескольких газов, не вступающих между собой в химические реакции. Каждый газ в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси. Молекулы газа создают давление на стенки сосуда, которое называется парциальным (частичным). При этом считается, что каждый газ, входящий в газовую смесь, подчиняется уравнению состояния Клапейрона, т.е. он является идеальным газом. Газовая смесь идеальных газов подчиняется закону Дальтона — общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих газовую смесь:

p = p₁ + p₂ +…+ p_n = , (2.1)

Парциальное давление — это давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.

Параметры газовой смеси могут быть вычислены по уравнению Клапейрона

,

где все величины, входящие в уравнение, относятся к газовой смеси.

Задачей расчета является определение при заданном составе смеси средней молекулярной массы, или газовой постоянной смеси, после чего получение всех остальных параметров можно произвести по уравнению состояния для смеси.

Газовая смесь может быть задана массовыми, объемными и мольными долями.

Массовой долей (массовой концентрацией) называется отношение массы каждого газа к общей массе смеси.

, доли ед.; кг; ,

где g_i — массовая доля i-го газа; m_i — масса i-го газа, кг; m — масса газовой смеси, кг; i = 1, 2, …, N — число компонентов составляющих газовую смесь.

Объемной долей (объемной концентрацией) называется от-

ношение парциального (приведенного) объема каждого газа к общему объему смеси газов:

доли ед.; м 3 ; ,

где r_i — объемная доля концентрация i-го газа; V_i — парциальный объем i-го газа, м 3 ; V — объем, занимаемый газовой смесью, м 3 .

Парциальным объемом называется объем, который занимал бы этот газ, если бы его давление и температура равнялись давлению и температуре смеси газов.

Парциальный объем каждого газа можно определить по закону Бойля-Мариотта. При постоянной температуре будем иметь:

м 3 .

Задание смеси мольными долями равнозначно заданию ее объемными долями. Мольной долей называется отношение числа киломолей каждого газа М_i к числу киломолей газовой смеси М. Так как объемы 1 кмоля различных газов при одинаковых давлениях и температуре равны, то

,

где x_i — мольная доля (мольная концентрация) i-го газа.

Мольная масса газа есть масса, численно равна молекулярной массе, отнесенной к 1 киломолю газа

[кг/кмоль].

Мольные доли будут равны

доли ед.

Для плотности газа можно написать

[кг/м 3 ]. .

Подставив соотношение плотностей в выражение для мольной концентрации, будем иметь

.

Источник

Основные определения. Способы задания газовых смесей

В качестве рабочего тела тепловых двигателей и установок используется смесь различных газов, близких по своим свойствам к идеальным газам. Например, воздух представляет газовую смесь, состоящую из азота, кислорода, углекислого газа, водяных паров и одноатомных газов. Поэтому для решения практических задач необходимо уметь определять основные параметры газовой смеси.

Под газовой смесью понимается механическая смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ в смеси, независимо от других газов, полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси. Молекулы каждого газа смеси создают давление на стенки сосуда, которое называется парциальным (частичным).

Газовая смесь идеальных газов подчиняется закону Дальтона: общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь:

Р = Р₁ +Р₂ + . + Р_n = Р_i, (2.15)

где Р_i— парциальные давления.

Парциальным давлением называют такое давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.

Параметры газовой смеси могут быть вычислены по уравнению Клапейрона PV = mRT, где все величины, входящие в уравнение, относятся к смеси газов.

Задачей расчета газовой смеси является определение на основании заданного состава смеси средней молярной массы или газовой постоянной смеси газов, после чего получение всех остальных параметров можно произвести по уравнению состояния для смеси.

Газовая смесь может быть задана массовыми, объемными и мольными долями.

Массовой долей называют отношение массы каждого газа к общей массе смеси:

где g₁, . g_n — массовые доли; m₁, . m_n — масса каждого газа;m— масса всей смеси.

Сумма всех массовых долей равна единице:

g₁ + g₂ + . + g_n = g_i = 1 (2.17)

Сумма масс всех газов равна массе смеси:

m₁ + m₂ + . + m_n = m_i = m.(2.18)

Объемной долей называют отношение парциального объема каждого газа к общему объему смеси газов:

где r_1, . r_n — объемные доли; V₁, . V_n — парциальные объемы каждого газа;

V — объем смеси газов.

Парциальным объемом газа называют объем, который занимал бы этот газ, если бы его температура и давление равнялись температуре и давлению смеси газов. Парциальный объем каждого газа можно определить по закону Бойля-Мариотта. При постоянной температуре имеем:

Сложив правые и левые части этих выражений и учитывая закон Дальтона, получим:

V₁ + V₂ + . + V_n = V_i = V,(2.21)

т.е. сумма парциальных объемов газов, составляющих смесь, равна объему смеси газов.

Сумма объемных долей равна единице:

r₁ + r₂ + . + r_n = r_i = 1 (2.22)

Задание смеси мольными долями равнозначно заданию ее объемными долями. Действительно, если мольной долей назвать отношение числа киломолей каждого газа (М_i) к числу киломолей смеси газов (М), то учитывая, что

и

(2.23)

Из закона Авогадро (r₁/r₂ = m₁/m₂ — плотности газов, находящихся при одинаковых температурах и давлениях, прямо пропорциональны их молярным массам) следует то, что при одинаковых Р и Т

. (2.24)

. (2.25)

Источник

Читайте также:  Способ метания прямой рукой снизу

Газовые смеси. Способы их задания. Закон Дальтона.

В практике чаще приходиться встречаться не с чистыми газами, а с их механическими смесями; одной из самых важных смесей является воздух, представляющий собой смесь азота и кислорода, с небольшой примесью аргона, углекислоты и водяного пара. Большое значение имеют такие газовые смеси, как природный газ (метан и другие углеводороды), продукты сгорания топлив (диоксид углерода, азот, водяной пар и т.п.).

Под газовой смесью понимается смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ (компонент) в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объём смеси.

Для проведения расчетов с газовыми смесями необходимо установить параметры, характеризующие их состояние. Пусть имеется смесь из идеальных газов. Температура газовой смеси , давление её , объём ; массы газов, находящихся в смеси, равны соответственно , . ; количества веществ отдельных компонентов смеси , , …. , .

Если смесь находится в равновесии, то, несомненно, температура всех газов одинакова и равна температуре смеси cм. В равновесном состоянии молекулы каждого газа рассеяны равномерно по всему объёму смеси, т.е. имеют свою определенную концентрацию и, следовательно, свое давление , называемое парциальным.

Парциальное давление – это давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объёме и при той же температуре, что и в смеси.

Основным законом, определяющим поведение газовой смеси, является закон Дальтона: полное давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений всех входящих в неё компонентов:

(16)

Этот закон был установлен Дальтоном в 1801 г.

Все зависимости, полученные для идеальных газов, справедливы и для их смесей, если в них подставить газовую постоянную ( ) и молекулярную (молярную) массу ( ).

Очевидно, что масса газовой смеси равна сумме отдельных компонентов:

(17)

где : — число компонентов смеси;

— масса -го компонента.

Качественный состав газовой смеси может быть задан различными способами.

Источник