3. Парциальное давление газа

Парциальным давлением газа в смеси называется давление, которое

производил бы этот газ, занимая при тех же физических

условиях объем всей газовой смеси.

Пример 1. Смешивают 2 л Ог и 4 л SO2, взятых при одинаковом давлении,

равном 100 кПа (750 мм рт. ст.); объем смеси 6 л. Определить парциальное давление

газов в смеси.

Р е ш е н и е . По условию задачи объем кислорода увеличился после смешения в

6/2 = 3 раза, объем диоксида серы — в 6/4 = 1,5 раза. Во столько же раз уменьшились

парциальные давления газов. Следовательно, ро0 = 100/3 = 33,3 кПа,

PSOo = ЮО/1,5 = 66,7 кПа.

Согласно з а к о н у п а р ц и а л ь н ы х д а в л е н и й , общее давление

смеси газов, не вступающих друг с другом, в химическое взаимодействие,

равно сумме парциальных давлений газов, составляющих

смесь.

Пример 2. Смешивают 3 л СОг; с 4 л Ог и 6 л N2. До смешения давление

СОг, Ог и N2 составляло соответственно 96, 108 и 90,6 кПа. Общий объем смеси

10 л. Определить давление смеси.

Р е ш е н и е . Аналогично решению предыдущей задачи находим парциальные

давления отдельных газов:

РСОц = 96 • 3/10 = 28,8 кПа;

ро2 = Ю8 • 4/10 = 43,2 кПа;

PN2 = 90,6 • 6/10 = 54,4 кПа.

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений:

Р = 28,8 + 43,2 + 54,4 = 126,4 кПа.

Если газ собран над жидкостью, то при расчетах следует иметь

в виду, что его давление является парциальным и равно разности

общего давления газовой смеси и парциального давления пара

жидкости.

Пример 3. Какой объем займут при нормальных условиях 120 мл азота, собранного

над водой при 20°С и давлении 100 кПа (750 мм рт. ст.)? Давление

насыщенного пара воды при 20°С равно 2,3 кПа.

Р е ш е н и е . Парциальное давление азота равно разности общего давления и

парциального давления пара воды:

•PN2 - Р ~ Рн2 о = ЮО - 2,3 = 97,7 кПа.

Обозначив искомый объем через Vb и используя объединенное уравнение законов

Бойля — Мариотта и Гей-Люссака, находим:

Vb = PVTo/TPo = 97,7 • 120 • 273/(293 • 101,3) = 108 мл.

З а д а ч и

41. Смешивают 0,04 м3 азота, находящегося под давлением

96 кПа (720 мм рт. ст.), с 0,02 м3 кислорода. Общий объем смеси

0,06 м3, а общее давление 97,6 кПа (732 мм рт. ст.). Каким было

давление взятого кислорода?

42. Газовая смесь приготовлена из 2 л Н2 (Р = 93,3 кПа) и 5 л

СН4 (Р = 112 кПа). Объем смеси равен 7 л. Найти парциальные

давления газов и общее давление смеси.

43. Газовая смесь состоит из NO и С02- Вычислить объемное

содержание газов в смеси (в %), если их парциальные давления

равны соответственно 36,3 и 70,4 кПа (272 и 528 мм рт. ст.).

44. В закрытом сосуде вместимостью 0,6 м3 находится при

0°С смесь, состоящая из 0,2 кг С02 , 0,4 кг 02 и 0,15 кг СИ4.

Вычислить: а) общее давление смеси; б) парциальное давление

каждого из газов; в) процентный состав смеси по объему.

45. Газовая смесь приготовлена из 0,03 м3 СН4, 0,04 м3 Н2

и 0,01 м3 СО. Исходные давления СН4, Н2 и СО составляли

соответственно 96, 84 и 108,8 кПа (720, 630 и 816 мм рт. ст.).

Объем смеси равен 0,08 м3. Определить парциальные давления

газов и общее давление смеси.

46. В газометре над водой находятся 7,4 л кислорода при 23°С

и давлении 104,1 кПа (781 мм рт. ст.). Давление насыщенного

водяного пара при 23°С равно 2,8 кПа (21 мм рт. ст.). Какой

объем займет находящийся в газометре кислород при нормальных

условиях?

47. 0,350 г металла вытеснили из кислоты 209 мл водорода,

собранного над водой при 20°С и давлении 104,3 кПа. Давление

насыщенного пара воды при этой температуре составляет 2,3 кПа.

Найти эквивалентную массу металла.

48. 250 мл водорода собраны над водой при 26° С и давлении

98,7 кПа. Давление насыщенного пара воды при 26°С составляет

3,4 кПа. Вычислить объем водорода при нормальных условиях и

его массу.

49. 0,604 г двухвалентного металла вытеснили из кислоты

581 мл водорода, собранного над водой при 18°С и давлении

105,6 кПа. Давление насыщенного пара воды при 18°С составляет

2,1 кПа. Найти относительную атомную массу металла.

Вопросы для самоконтроля

50. Сосуд наполнен смесью кислорода и азота. При каком соотношении

парциальных давлений массы газов будут одинаковы:

а) Ю2 = P N 2 ; б) ро2 =0,875pN2; в) ро2 = l,14pN2?

51. Парциальное давление кислорода в воздухе равно 22 кПа.

Чему равно содержание, кислорода в процентах по объему: а) 42%;

б) 21%; в) 10,5%?

52. Водород собирали в одном случае над водой, в другом —

над ртутью при одинаковых условиях. В обоих случаях объем

газа оказался одинаковым. Одинаковы ли количества собранного

водорода: а) одинаковы; б) количество водорода, собранного над

ртутью, больше; в) количество водорода, собранного над водой,

больше?