Sama dengan isipadu molar udara. Isipadu molar gas

^ Jisim molar dan isipadu molar sesuatu bahan. Jisim molar ialah jisim mol bahan. Ia dikira melalui jisim dan jumlah bahan menggunakan formula:

Мв = К· Мr (1)

Di mana: K ialah pekali kekadaran bersamaan dengan 1 g/mol.

Malah, untuk isotop karbon 12 6 C Ar = 12, dan jisim molar atom (mengikut takrif konsep "mol") ialah 12 g/mol. Akibatnya, nilai berangka dua jisim bertepatan, yang bermaksud K = 1. Ia berikutan bahawa jisim molar bahan, dinyatakan dalam gram per mol, mempunyai nilai berangka yang sama dengan jisim molekul relatifnya(atom) berat badan. Oleh itu, jisim molar hidrogen atom ialah 1.008 g/mol, hidrogen molekul – 2.016 g/mol, oksigen molekul – 31.999 g/mol.

Menurut undang-undang Avogadro, bilangan molekul yang sama bagi mana-mana gas menduduki isipadu yang sama di bawah keadaan yang sama. Sebaliknya, 1 mol sebarang bahan mengandungi (mengikut takrifan) bilangan zarah yang sama. Ia berikutan bahawa pada suhu dan tekanan tertentu, 1 mol sebarang bahan dalam keadaan gas menduduki isipadu yang sama.

Nisbah isipadu yang diduduki oleh sesuatu bahan kepada kuantitinya dipanggil isipadu molar bahan itu. Dalam keadaan normal (101.325 kPa; 273 K), isipadu molar mana-mana gas adalah sama dengan 22,4l/mol(lebih tepat lagi, Vn = 22.4 l/mol). Pernyataan ini adalah benar untuk gas sedemikian, apabila jenis interaksi lain molekulnya antara satu sama lain, kecuali perlanggaran elastiknya, boleh diabaikan. Gas sedemikian dipanggil ideal. Bagi gas bukan ideal, dipanggil gas nyata, isipadu molar adalah berbeza dan sedikit berbeza daripada nilai sebenar. Walau bagaimanapun, dalam kebanyakan kes, perbezaan hanya ditunjukkan dalam angka bererti keempat dan seterusnya.

Pengukuran isipadu gas biasanya dijalankan dalam keadaan selain daripada biasa. Untuk membawa isipadu gas kepada keadaan normal, anda boleh menggunakan persamaan yang menggabungkan undang-undang gas Boyle - Mariotte dan Gay - Lussac:

pV / T = p 0 V 0 / T 0

Di mana: V ialah isipadu gas pada tekanan p dan suhu T;

V 0 ialah isipadu gas pada tekanan normal p 0 (101.325 kPa) dan suhu T 0 (273.15 K).

Jisim molar gas juga boleh dikira menggunakan persamaan keadaan gas ideal - persamaan Clapeyron - Mendeleev:

pV = m B RT / M B ,

Di mana: p – tekanan gas, Pa;

V - isipadunya, m3;

M B - jisim bahan, g;

M B – jisim molarnya, g/mol;

T – suhu mutlak, K;

R ialah pemalar gas sejagat bersamaan dengan 8.314 J / (mol K).

Jika isipadu dan tekanan gas dinyatakan dalam unit ukuran lain, maka nilai pemalar gas dalam persamaan Clapeyron–Mendeleev akan mengambil nilai yang berbeza. Ia boleh dikira menggunakan formula yang terhasil daripada undang-undang bersatu keadaan gas untuk mol bahan dalam keadaan normal untuk satu mol gas:

R = (p 0 V 0 / T 0)

Contoh 1. Nyatakan dalam mol: a) 6.0210 21 CO 2 molekul; b) 1.2010 24 atom oksigen; c) 2.0010 23 molekul air. Berapakah jisim molar bahan-bahan ini?

Penyelesaian. Mol ialah jumlah bahan yang mengandungi bilangan zarah dari sebarang jenis tertentu sama dengan pemalar Avogadro. Oleh itu, a) 6.0210 21 i.e. 0.01 mol; b) 1.2010 24, iaitu. 2 mol; c) 2.0010 23, iaitu. 1/3 mol. Jisim mol bahan dinyatakan dalam kg/mol atau g/mol. Jisim molar bahan dalam gram secara berangka sama dengan jisim molekul relatifnya (atom), dinyatakan dalam unit jisim atom (amu)

Oleh kerana jisim molekul CO 2 dan H 2 O dan jisim atom oksigen, masing-masing ialah 44; 18 dan 16 amu, maka jisim molarnya adalah sama: a) 44 g/mol; b) 18g/mol; c) 16 g/mol.

Contoh 2. Kira jisim mutlak molekul asid sulfurik dalam gram.

Penyelesaian. Satu tahi lalat sebarang bahan (lihat contoh 1) mengandungi pemalar N A unit struktur Avogadro (dalam contoh kita, molekul). Jisim molar H 2 SO 4 ialah 98.0 g/mol. Oleh itu, jisim satu molekul ialah 98/(6.02 10 23) = 1.63 10 -22 g.

Isipadu molar- isipadu satu mol bahan, nilai yang diperoleh dengan membahagikan jisim molar dengan ketumpatan. Mencirikan ketumpatan pembungkusan molekul.

Maknanya N A = 6.022…×10 23 memanggil nombor Avogadro selepas ahli kimia Itali Amedeo Avogadro. Ini adalah pemalar universal untuk zarah terkecil mana-mana bahan.

Bilangan molekul inilah yang mengandungi 1 mol oksigen O2, bilangan atom yang sama dalam 1 mol besi (Fe), molekul dalam 1 mol air H2O, dsb.

Menurut hukum Avogadro, 1 mol gas ideal pada keadaan biasa mempunyai isipadu yang sama V m= 22.413 996(39) l. Di bawah keadaan biasa, kebanyakan gas adalah hampir ideal, oleh itu semua maklumat rujukan tentang isipadu molar unsur kimia merujuk kepada fasa pekatnya, melainkan dinyatakan sebaliknya.

Jisim 1 mol bahan dipanggil molar. Apakah isipadu 1 mol bahan yang dipanggil? Jelas sekali, ini juga dipanggil isipadu molar.

Berapakah isipadu molar air? Apabila kami mengukur 1 mol air, kami tidak menimbang 18 g air pada penimbang - ini menyusahkan. Kami menggunakan alat pengukur: silinder atau bikar, kerana kami tahu bahawa ketumpatan air ialah 1 g/ml. Oleh itu, isipadu molar air ialah 18 ml/mol. Bagi cecair dan pepejal, isipadu molar bergantung kepada ketumpatannya (Rajah 52, a). Ia adalah perkara yang berbeza untuk gas (Rajah 52, b).

nasi. 52.
Isipadu molar (n.s.):
a - cecair dan pepejal; b - bahan gas

Jika anda mengambil 1 mol hidrogen H2 (2 g), 1 mol oksigen O2 (32 g), 1 mol ozon O3 (48 g), 1 mol karbon dioksida CO2 (44 g) dan juga 1 mol wap air H2 O (18 g) dalam keadaan yang sama, contohnya normal (dalam kimia adalah kebiasaan untuk memanggil keadaan normal (n.s.) suhu 0 ° C dan tekanan 760 mm Hg, atau 101.3 kPa), maka ternyata bahawa 1 mol mana-mana gas akan menduduki isipadu yang sama, sama dengan 22.4 liter, dan mengandungi bilangan molekul yang sama - 6 × 10 23.

Dan jika anda mengambil 44.8 liter gas, maka berapa banyak bahannya akan diambil? Sudah tentu, 2 mol, kerana isipadu yang diberikan adalah dua kali ganda isipadu molar. Oleh itu:

di mana V ialah isipadu gas. Dari sini

Isipadu molar ialah kuantiti fizik yang sama dengan nisbah isipadu bahan kepada jumlah bahan.

Isipadu molar bahan gas dinyatakan dalam l/mol. Vm - 22.4 l/mol. Isipadu satu kilomol dipanggil kilomolar dan diukur dalam m 3 /kmol (Vm = 22.4 m 3 /kmol). Oleh itu, isipadu milimolar ialah 22.4 ml/mmol.

Masalah 1. Cari jisim 33.6 m 3 ammonia NH 3 (n.s.).

Masalah 2. Cari jisim dan isipadu (n.v.) bagi 18 × 10 20 molekul hidrogen sulfida H 2 S.

Apabila menyelesaikan masalah, mari kita perhatikan bilangan molekul 18 × 10 20. Memandangkan 10 20 adalah 1000 kali kurang daripada 10 23, jelas sekali, pengiraan harus dijalankan menggunakan mmol, ml/mmol dan mg/mmol.

Kata kunci dan frasa

Isipadu gas molar, milimolar dan kilomolar.
Isipadu molar gas (dalam keadaan normal) ialah 22.4 l/mol.
Keadaan biasa.

Bekerja dengan komputer

Rujuk aplikasi elektronik. Kaji bahan pelajaran dan selesaikan tugasan yang diberikan.
Cari alamat e-mel di Internet yang boleh berfungsi sebagai sumber tambahan yang mendedahkan kandungan kata kunci dan frasa dalam perenggan. Tawarkan bantuan anda kepada guru dalam menyediakan pelajaran baharu - buat laporan tentang kata kunci dan frasa perenggan seterusnya.

Soalan dan tugasan

Cari jisim dan bilangan molekul di n. u. untuk: a) 11.2 liter oksigen; b) 5.6 m 3 nitrogen; c) 22.4 ml klorin.
Cari isipadu yang di n. u. akan mengambil: a) 3 g hidrogen; b) 96 kg ozon; c) 12 × 10 20 molekul nitrogen.
Cari ketumpatan (jisim 1 liter) argon, klorin, oksigen dan ozon pada suhu bilik. u. Berapa banyak molekul setiap bahan akan terkandung dalam 1 liter dalam keadaan yang sama?
Hitung jisim 5 liter (n.s.): a) oksigen; b) ozon; c) karbon dioksida CO 2.
Nyatakan yang mana lebih berat: a) 5 liter sulfur dioksida (SO 2) atau 5 liter karbon dioksida (CO 2); b) 2 liter karbon dioksida (CO 2) atau 3 liter karbon monoksida (CO).

Untuk mengetahui komposisi sebarang bahan gas, anda mesti boleh beroperasi dengan konsep seperti isipadu molar, jisim molar dan ketumpatan bahan. Dalam artikel ini, kita akan melihat apakah isipadu molar dan bagaimana untuk mengiranya?

Kuantiti bahan

Pengiraan kuantitatif dijalankan untuk benar-benar menjalankan proses tertentu atau untuk mengetahui komposisi dan struktur bahan tertentu. Pengiraan ini menyusahkan untuk dilakukan dengan nilai mutlak jisim atom atau molekul kerana fakta bahawa mereka sangat kecil. Jisim atom relatif juga tidak boleh digunakan dalam kebanyakan kes, kerana ia tidak berkaitan dengan ukuran jisim atau isipadu bahan yang diterima umum. Oleh itu, konsep kuantiti sesuatu bahan diperkenalkan, yang dilambangkan dengan huruf Yunani v (nu) atau n. Jumlah bahan adalah berkadar dengan bilangan unit struktur (molekul, zarah atom) yang terkandung dalam bahan.

Unit kuantiti bahan ialah mol.

Mol ialah jumlah bahan yang mengandungi bilangan unit struktur yang sama seperti terdapat atom dalam 12 g isotop karbon.

Jisim 1 atom ialah 12 a. e.m., oleh itu bilangan atom dalam 12 g isotop karbon adalah sama dengan:

Na= 12g/12*1.66057*10 kepada kuasa-24g=6.0221*10 kepada kuasa 23

Kuantiti fizik Na dipanggil pemalar Avogadro. Satu mol mana-mana bahan mengandungi 6.02 * 10 kepada kuasa 23 zarah.

nasi. 1. Undang-undang Avogadro.

Isipadu molar gas

Isipadu molar gas ialah nisbah isipadu bahan kepada jumlah bahan itu. Nilai ini dikira dengan membahagikan jisim molar bahan dengan ketumpatannya menggunakan formula berikut:

di mana Vm ialah isipadu molar, M ialah jisim molar, dan p ialah ketumpatan bahan itu.

nasi. 2. Formula isipadu molar.

Dalam sistem C antarabangsa, isipadu molar bahan gas diukur dalam meter padu per mol (m 3 /mol)

Isipadu molar bahan gas berbeza daripada bahan dalam keadaan cecair dan pepejal kerana unsur gas dengan jumlah 1 mol sentiasa menduduki isipadu yang sama (jika parameter yang sama dipenuhi).

Isipadu gas bergantung pada suhu dan tekanan, jadi apabila mengira, anda harus mengambil isipadu gas dalam keadaan biasa. Keadaan normal dianggap sebagai suhu 0 darjah dan tekanan 101.325 kPa. Isipadu molar 1 mol gas dalam keadaan normal sentiasa sama dan sama dengan 22.41 dm 3 /mol. Isipadu ini dipanggil isipadu molar gas ideal. Iaitu, dalam 1 mol mana-mana gas (oksigen, hidrogen, udara) isipadu ialah 22.41 dm 3 /m.

nasi. 3. Isipadu molar gas dalam keadaan normal.

Jadual "isipadu molar gas"

Jadual berikut menunjukkan isipadu beberapa gas:

Gas	Isipadu molar, l
H 2	22,432
O2	22,391
Cl2	22,022
CO2	22,263
NH 3	22,065
JADI 2	21,888
Ideal	22,41383

Di mana m ialah jisim, M ialah jisim molar, V ialah isipadu.

4. Undang-undang Avogadro. Ditubuhkan oleh ahli fizik Itali Avogadro pada tahun 1811. Isipadu yang sama bagi mana-mana gas, diambil pada suhu yang sama dan tekanan yang sama, mengandungi bilangan molekul yang sama.

Oleh itu, kita boleh merumuskan konsep jumlah bahan: 1 mol bahan mengandungi bilangan zarah yang sama dengan 6.02 * 10 23 (dipanggil pemalar Avogadro)

Akibat undang-undang ini ialah Di bawah keadaan biasa (P 0 =101.3 kPa dan T 0 =298 K), 1 mol mana-mana gas menduduki isipadu bersamaan dengan 22.4 liter.

5. Undang-undang Boyle-Mariotte

Pada suhu malar, isipadu sejumlah gas adalah berkadar songsang dengan tekanan di mana ia terletak:

6. Undang-undang Gay-Lussac

Pada tekanan malar, perubahan isipadu gas adalah berkadar terus dengan suhu:

V/T = const.

7. Hubungan antara isipadu gas, tekanan dan suhu boleh dinyatakan gabungan undang-undang Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac, yang digunakan untuk menukar isipadu gas daripada satu keadaan kepada keadaan yang lain:

P 0 , V 0 , T 0 - tekanan isipadu dan suhu dalam keadaan normal: P 0 =760 mm Hg. Seni. atau 101.3 kPa; T 0 =273 K (0 0 C)

8. Penilaian bebas terhadap nilai molekul jisim M boleh dilakukan menggunakan apa yang dipanggil persamaan keadaan gas ideal atau persamaan Clapeyron-Mendeleev :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

di mana R - tekanan gas dalam sistem tertutup, V- isipadu sistem, T - jisim gas, T - suhu mutlak, R- pemalar gas sejagat.

Perhatikan bahawa nilai pemalar R boleh diperolehi dengan menggantikan nilai yang mencirikan satu mol gas pada keadaan normal ke dalam persamaan (1.1):

r = (p V)/(T)=(101.325 kPa 22.4 l)/(1 mol 273K)=8.31J/mol.K)

Contoh penyelesaian masalah

Contoh 1. Membawa isipadu gas kepada keadaan normal.

Apakah isipadu (no.s.) yang akan diduduki oleh 0.4×10 -3 m 3 gas yang terletak pada 50 0 C dan tekanan 0.954×10 5 Pa?

Penyelesaian. Untuk membawa isipadu gas kepada keadaan normal, gunakan formula umum yang menggabungkan undang-undang Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac:

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Isipadu gas (n.s.) adalah sama dengan, di mana T 0 = 273 K; p 0 = 1.013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 = 0.32 × 10 -3 m 3.

Pada (norma) gas menduduki isipadu yang sama dengan 0.32×10 -3 m 3 .

Contoh 2. Pengiraan ketumpatan relatif gas daripada berat molekulnya.

Kira ketumpatan etana C 2 H 6 berdasarkan hidrogen dan udara.

Penyelesaian. Daripada hukum Avogadro, ketumpatan relatif satu gas kepada gas yang lain adalah sama dengan nisbah jisim molekul ( M h) daripada gas-gas ini, i.e. D=M 1 /M 2. Jika M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, purata berat molekul udara ialah 29, maka ketumpatan relatif etana berkenaan dengan hidrogen ialah D H2 = 30/2 =15.

Ketumpatan relatif etana dalam udara: D udara= 30/29 = 1.03, i.e. etana adalah 15 kali lebih berat daripada hidrogen dan 1.03 kali lebih berat daripada udara.

Contoh 3. Penentuan purata berat molekul bagi campuran gas dengan ketumpatan relatif.

Kira purata berat molekul bagi campuran gas yang terdiri daripada 80% metana dan 20% oksigen (mengikut isipadu), menggunakan ketumpatan relatif gas-gas ini berkenaan dengan hidrogen.

Penyelesaian. Selalunya pengiraan dibuat mengikut peraturan pencampuran, yang menyatakan bahawa nisbah isipadu gas dalam campuran gas dua komponen adalah berkadar songsang dengan perbezaan antara ketumpatan campuran dan ketumpatan gas yang membentuk campuran ini. . Mari kita nyatakan ketumpatan relatif campuran gas berkenaan dengan hidrogen oleh D H2. ia akan lebih besar daripada ketumpatan metana, tetapi kurang daripada ketumpatan oksigen:

80D H2 – 640 = 320 – 20 D H2; D H2 = 9.6.

Ketumpatan hidrogen bagi campuran gas ini ialah 9.6. purata berat molekul campuran gas M H2 = 2 D H2 = 9.6×2 = 19.2.

Contoh 4. Pengiraan jisim molar gas.

Jisim 0.327×10 -3 m 3 gas pada 13 0 C dan tekanan 1.040×10 5 Pa adalah bersamaan dengan 0.828×10 -3 kg. Kira jisim molar gas itu.

Penyelesaian. Jisim molar gas boleh dikira menggunakan persamaan Mendeleev-Clapeyron:

di mana m– jisim gas; M– jisim molar gas; R– pemalar gas molar (sejagat), nilainya ditentukan oleh unit ukuran yang diterima.

Jika tekanan diukur dalam Pa dan isipadu dalam m3, maka R=8.3144×10 3 J/(kmol×K).

3.1. Apabila melakukan pengukuran udara atmosfera, udara kawasan kerja, serta pelepasan industri dan hidrokarbon dalam saluran gas, terdapat masalah untuk membawa isipadu udara yang diukur kepada keadaan normal (standard). Selalunya dalam amalan, apabila pengukuran kualiti udara diambil, kepekatan yang diukur tidak dikira semula kepada keadaan normal, mengakibatkan keputusan yang tidak boleh dipercayai.

Berikut adalah petikan daripada Standard:

“Pengukuran membawa kepada keadaan standard menggunakan formula berikut:

C 0 = C 1 * P 0 T 1 / P 1 T 0

di mana: C 0 - keputusan dinyatakan dalam unit jisim per unit isipadu udara, kg / meter padu. m, atau jumlah bahan per unit isipadu udara, mol/padu. m, pada suhu dan tekanan standard;

C 1 - keputusan dinyatakan dalam unit jisim per unit isipadu udara, kg / meter padu. m, atau jumlah bahan per unit isipadu

udara, mol/cub. m, pada suhu T 1, K, dan tekanan P 1, kPa.”

Formula untuk pengurangan kepada keadaan normal dalam bentuk yang dipermudahkan mempunyai bentuk (2)

C 1 = C 0 * f, dengan f = P 1 T 0 / P 0 T 1

faktor penukaran standard untuk normalisasi. Parameter udara dan kekotoran diukur pada nilai suhu, tekanan dan kelembapan yang berbeza. Hasilnya menyediakan keadaan standard untuk membandingkan parameter kualiti udara yang diukur di lokasi yang berbeza dan iklim yang berbeza.

3.2 Keadaan biasa industri

Keadaan normal ialah keadaan fizikal piawai yang mana sifat-sifat bahan biasanya berkaitan (Suhu dan tekanan piawai, STP). Keadaan normal ditakrifkan oleh IUPAC (International Union of Practical and Applied Chemistry) seperti berikut: Tekanan atmosfera 101325 Pa = 760 mm Hg Suhu udara 273.15 K = 0° C.

Keadaan standard (Suhu dan Tekanan Ambien Standard, SATP) ialah suhu dan tekanan ambien biasa: tekanan 1 Bar = 10 5 Pa = 750.06 mm T. Seni.; suhu 298.15 K = 25 °C.

Kawasan lain.

Pengukuran kualiti udara.

Hasil pengukuran kepekatan bahan berbahaya di udara kawasan kerja membawa kepada keadaan berikut: suhu 293 K (20 ° C) dan tekanan 101.3 kPa (760 mm Hg).

Parameter aerodinamik pelepasan bahan pencemar mesti diukur mengikut piawaian kerajaan semasa. Isipadu gas ekzos yang diperoleh daripada hasil pengukuran instrumental mesti dikurangkan kepada keadaan normal (norma): 0°C, 101.3 kPa..

Penerbangan.

Pertubuhan Penerbangan Awam Antarabangsa (ICAO) mentakrifkan International Standard Atmosphere (ISA) sebagai paras laut dengan suhu 15 °C, tekanan atmosfera 101325 Pa dan kelembapan relatif 0%. Parameter ini digunakan semasa mengira pergerakan pesawat.

Industri gas.

Industri gas Persekutuan Rusia, apabila membuat pembayaran kepada pengguna, menggunakan keadaan atmosfera mengikut GOST 2939-63: suhu 20 ° C (293.15 K); tekanan 760 mm Hg. Seni. (101325 N/m²); kelembapan ialah 0. Oleh itu, jisim satu meter padu gas mengikut GOST 2939-63 adalah kurang sedikit daripada di bawah keadaan biasa "kimia".

Ujian

Untuk menguji mesin, instrumen dan produk teknikal lain, berikut diambil sebagai nilai normal faktor iklim semasa menguji produk (keadaan ujian iklim biasa):

Suhu - ditambah 25°±10°C; Kelembapan relatif – 45-80%

Tekanan atmosfera 84-106 kPa (630-800 mmHg)

Pengesahan alat pengukur

Nilai nominal kuantiti pengaruh normal yang paling biasa dipilih seperti berikut: Suhu - 293 K (20 ° C), tekanan atmosfera - 101.3 kPa (760 mm Hg).

Catuan

Garis panduan mengenai penubuhan piawaian kualiti udara menunjukkan bahawa kepekatan maksimum yang dibenarkan dalam udara atmosfera ditetapkan di bawah keadaan dalaman biasa, i.e. 20 C dan 760 mm. Hg Seni.