Способы задания состава газовой смеси ответ тест

Способы задания газовой смеси.

Массовая доля.

Наиболее простой способ определения состава газовой смеси – это определение массового состава смеси, т.е. для каждого газа находим его долю в общей массе смеси – массовую долю:

(18)

Очевидно, что ,

т.е.

Молярная доля.

Можно найти и молярный состав смеси. Действительно, зная молярные массы, находим количество вещества каждого компонента

(19)

Следовательно, количество вещества в газовой смеси

(20)

Имея эти данные, находим молярный состав смеси – молярные доли:

1)

Молярную массу смеси можно определить следующим образом.

(22)

(23)

Полученное значение называется кажущейся, или условной, молярной массой смеси. Эта величина широко применяется в расчетах газовых смесей. Если известна (определена) молярная масса смеси, то можно найти удельную газовую постоянную смеси , используя уравнение (11), т.е.

(24)

Объёмная доля.

Наиболее часто задается объемный состав смеси, поэтому необходимо ввести понятие о парциальном объёме компонентов.

Пусть имеется газовая смесь из двух компонентов. Если собрать молекулы одного газа в одной части объёма, а молекулы другого газа в другой части. Части объёма каждого газа и называются парциальными. Подбирая соответствующим образом доли от общего объёма, можно добиться того, что каждый газ достигает давления смеси. Объёмы, которые занимают эти газы, называют приведенными, т.е. приведенными к давлению смеси. Сумма приведенных объемов равна объёму смеси (закон Амага):

(25)

Отсюда может быть определен объёмный состав смеси, причем объёмная доля каждого компонента выражается отношением

(26)

Так как каждый компонент смеси подвергается сжатию при постоянной температуре, то для -го компонента смеси можно написать уравнение

, — это следует из закона Бойля – Мариотта. (27)

Здесь — парциальное давление — го компонента смеси газа;

— приведенный или парциальный объём — го компонента смеси газа;

— давление смеси газа;

— объём смеси газа.

Из уравнения (27) следует:

, (28)

но (26), тогда уравнение (28) запишем в виде:

(29)

Эта формула позволяет определять парциальные давления компонентов смеси, если известен объёмный состав смеси.

Так как при одинаковых давлениях и температурах молярные объёмы газов одинаковы, то можно написать для — го газа

, (30)

а для всей смеси

, (31)

Из этих уравнений находим

, (32)

Следовательно, молярные доли численно равны объёмным:

(33)

Связь между долями.

Массовые и объёмные (молярные) доли можно связать между собой, если известна плотность каждого компонента смеси. Тогда

(34)

(35)

Для определенной газовой смеси массовые и объёмные доли – го компонента смеси будут различны, ввиду разной плотности компонентов смеси.

Из следствия 2 закона Авогадро известно, что плотности веществ зависят от их молярных (молекулярных) масс, т.е. они пропорциональны молярным массам.

Так, например, для сухого воздуха

в массовых долях,

а в объёмных:

Источник

Способы задания состава газовых смесей

Состав га­зовой смеси может быть задан массовы­ми, объемными или мольными долями.

Массовой долей называется отношение массы отдельного компонента Мi, к массе смеси М:

.

Очевидно, что и .

Массовые доли часто задаются в процентах. Например, для сухого воздуха ; .

Объемная доля представляет собой отношение приведенного объема газа V, к полному объему смеси V: .

Приведенным называется объем, который занимал бы компонент газа, ес­ли бы его давление и температура равня­лись давлению и температуре смеси.

Для вычисления приведенного объема запишем два уравнения состоя­ния i-го компонента:

; (2.1)

.

Первое уравнение относится к состоянию компонента газа в Смеси, когда он имеет парциальное давление pi и занимает пол­ный объем смеси, а второе уравнение — к приведенному состоянию, когда давле­ние и температура компонента равны, как и для смеси, р и Т. Из уравнений следует, что

. (2.2)

Просуммировав соотношение (2.2) для всех компонентов смеси, получим с учетом закона Дальтона ,откуда . Объемные доли также часто задаются в процентах. Для воз­духа , .

Иногда бывает удобнее задать со­став смеси мольными долями. Моль­ной долей называется отношение количества молей Ni рассматриваемого компонента к общему количеству молей смеси N.

Пусть газовая смесь состоит из N1 молей первого компонента, N2 молей вто­рого компонента и т. д. Число молей смеси , а мольная доля компонента будет равна .

В соответствии с законом Авогадро объемы моля любого газа при одинако­вых р и Т, в частности при температуре и давлении смеси, в идеально газовом состоянии одинаковы. Поэтому приве­денный объем любого компонента может быть вычислен как произведение объема моля на число молей этого компо­нента, т. е. а объем смеси — по формуле . Тогда , и, следовательно, задание смесильных газов мольными долями равно заданию ее объемными долями.

Источник

ЛЕКЦИЯ 3. Способы задания состава смеси

Способы задания состава смеси. Соотношения между ними

Смеси идеальных газов. Закон Дальтона

В ТТД чистым веществом наз. вещество, все молекулы которого одинаковы. Смесь, состоящая из нескольких чистых веществ наз. раствором. Чистыми веществами явл., например, вода, этиловый спирт, азот, аммиак и т.п. Чистые вещества, составляющие смесь, наз. компонентами.

При рассмотрении смесей газов исходят из того, что смесь идеальных газов, не вступающих в химическое взаимодействие друг с другом, так же явл. идеальным газом и подчиняется таким же законам. При этом каждый газ, входящий в состав газовой смеси, ведет себя так, как будто он один при данной температуре Т занимает весь объём смеси, т.е. равномерно распространяется по всему объёму смеси и оказывает на стенки сосуда своё давление, наз. парциальным.

В 1801г. английский учёный Дальтон экспериментально установил связь между парци- альными давлениями отдельных газов и давлением смеси. При постоянной температуре полное давление смеси нескольких газов равно сумме их парциальных давлений:

, (2.21)

где p_і— парциальное давление i-го газа; n-количество газов, составляющих газовую смесь.

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

Газовая смесь, заданная массовым составом, характеризуется массовыми долями. Массовой долей компонента g_i наз. отношение массы отдельного компонента m_i, входящего в смесь, к массе всей смеси М_см, т.е.

, (2.22)

Очевидно, что масса газовой смеси равна сумме масс всех входящих в неё газов:

(2.23)

Определим сумму массовых долей отдельных газов:

, (2.24)

Массовые доли часто задаются в процентах (%).

Газовая смесь, заданная объёмным составом, характеризуется объемными долями (r_i). Объёмная доля каждого газа выражается отношением приведенного объёма газа V_i к полному объёму смеси V_см.

, (2.25)

Приведенным V_i наз. объём, который занимал бы компонент газа, если бы его давление р_i и температура Т_i равнялись давлению р_см и температуре Т_см.

Парциальный объём каждого газа определяется по закону Бойля-Мариотта. При T=const.=T_см

, (2.26)

Из уравнений (2.26) имеем: ; ; … , (2.27)

Сложив отдельно левые и правые части уравнений (2.27), получим:

, (2.28)

По закону Дальтона , следовательно

, (2.29) То есть сумма парциальных объёмов газа,

составляющих смесь, равна объёму смеси газов (закон Амала).

Сумма объёмных долей газов, составляющих смесь, равна единице

, (2.30)

Объёмные доли часто задаются в процентах (%).

Газовая смесь, заданная мольным составом, характеризуется мольными долями. Мольной долей наз. отношение количества молей N_i рассматриваемого компонента к общему количеству молей смеси N_i. , (2.31)

Вполне очевидно, что сумма молей всех газов, составляющих смесь, равна общему числу молей газовой смеси, т.е. , (2.32)

Сумма мольных долей смеси газов равна единице: , (2.33)

Если известен массовый состав смеси, то по нему можно найти её мольный состав. Массы отдельных газов m_i и полную массу смеси М_см можно выразить через число молей следующем образом: ; ; …

, (2.34)

2.8. Теплоёмкость. Массовая, объёмная и молярная теплоемкости.

Теплоемкости при постоянных объёме и давлении

Теплоёмкостью наз. количество теплоты, необходимое для повышения температуры тела на один градус. Теплоёмкость не является постоянной величиной и в общем случае изменяется с изменением температуры и давления. Теплоёмкость единицы количества вещества наз. удельной теплоёмкостью. Удельная теплоёмкость тела зависит от химического состава, параметров состояния рабочего тела, а также от вида процесса, в котором телу сообщается

теплота, поскольку теплота есть функция процесса. Размерность удельной теплоёмкости:

Дж/(кг(м 3 , (моль))) К).

В ТТД различают удельные массовую с, (Дж/(кг К)), объемную с’ , (Дж/(м 3 К)) и мольную с_µ (Дж/(моль К)) теплоёмкости.

Зависимости между удельными теплоёмкостями устанавливаются из следующих выражений:

; , где , (2.35)

Различают истинную и среднюю теплоёмкости.

Истинной теплоёмкостьюназ. производная от количества теплоты, подведённой к телу, по температуре этого тела и определяется выражением:

, (2.36)

То есть истинная теплоёмкость тела – это его теплоёмкость при данной температуре.

Средней теплоёмкостью наз. теплоёмкость в интервале температур Т₂ – Т₁, она обозначается С_m. При уменьшении разности температур средняя теплоёмкость приближается к истинной.

, (2.37)

Удельной изохорной теплоемкостью наз. количество теплоты, которое необходимо подвести к рабочему телу в изохорном процессе с тем, чтобы изменить его

температуру на 1 К. , (2.38)

Удельной изобарной теплоемкостью наз. количество теплоты, которое необходимо подвести к рабочему телу в изобарном процессе с тем, чтобы изменить его температуру на 1 К. , (2.39)

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник