Зміст

• Кроки
• Порада
• Увага
• Що тобі потрібно

У хімії "парціальний тиск" - це тиск кожного газу в суміші газів, що діють на навколишнє середовище, наприклад, балон для зразка газу в лабораторії, резервуар для дайвера або навколишній простір. атмосфера. Ви можете розрахувати тиск кожного газу в суміші, якщо знаєте його масу, об’єм та температуру. Потім ви додаєте парціальний тиск, щоб отримати загальний тиск газової суміші, або спочатку знаходите загальний тиск, а потім знаходите парціальний тиск.

Кроки

Частина 1 з 3: Розуміння властивостей газу

1. 

   Ставтеся до кожного газу як до «ідеального» газу. У хімії ідеальний газ - це той, який взаємодіє з іншими газами, не притягуючись до своїх молекул. Молекули газу можуть стикатися між собою і відбиватися, як більярдні кулі, без деформації.
   • Тиск ідеального газу зростає в міру стискання в менший простір і зменшується в міру розбігу в більшому просторі. Ці стосунки відомі як Закон Бойла (названий на честь вченого Роберта Бойла). Математична формула показує, що ця залежність дорівнює k = P x V, або, простіше кажучи, k = PV, де k - постійний зв’язок між тиском та об’ємом, P - тиск, а V - тіло. площі.
   • Проблемі може бути заданий тиск в одному з безлічі різних одиниць. У цьому паскаль (Па) визначається як сила ньютона, що діє на квадратний метр. Іншою одиницею є атмосфера (атм), яка визначається як тиск земної атмосфери на висоті, рівній рівню моря. Тиск 1 атм становить 101 325 Па.
   • Температура ідеального газу зростає зі збільшенням об’єму та зменшенням із зменшенням об’єму. Ці стосунки відомі як Закон Шарля (названий на честь вченого Жака Шарля). Математичною формулою для цього є k = V / T, де k - постійний зв’язок між об’ємом і температурою, V - об’єм, а T - температура.
   • Температура газу в цьому рівнянні обчислюється в градусах Кельвіна, а градуси Кельвіна додаванням градусів Цельсія на 273.
   • Ці два співвідношення можна об'єднати в одне рівняння: k = PV / T, або їх можна записати як PV = kT.

2. 

   
   
   Визначає одиницю маси, яка використовується для вимірювання газу. Газ має як масу, так і об’єм. Обсяги, як правило, вимірюються в літрах (л), але є дві маси газу.
   • Звичайні маси вимірюються в грамах або, якщо маса досить велика, в кілограмах.
   • Оскільки більшість газів часто настільки легкі, їх також вимірюють за допомогою іншої форми маси, яка називається молярною масою або молярною масою. Молярна маса визначається як сума атомної маси кожного атома у складі газу з масою кожного атома порівняно з масою вуглецю (значення 12).
   • Оскільки атоми та молекули настільки малі для розрахунку, маса газу визначається в молях. Кількість молей у кількості газу можна обчислити, поділивши масу газу на його молярну масу, і позначається літерою n.
   • Ми можемо підставити будь-яку константу k у рівнянні газу добутком n, кількості молей та новою константою R. Тепер ми маємо рівняння nR = PV / T або PV = nRT.
   • Значення R залежить від одиниці вимірювання тиску, об'єму та температури газу. Якщо об’єм в літрах, температура в градусах Кельвіна, а тиск в атмосферах, це 0,0821 л атм / К моль. Ви також можете написати 0,0821 л атм K моль, щоб уникнути необхідності використовувати скісну риску ділення в одиницях виміру.

3. 

   
   
   Закон парціального тиску Дальтона. Цей закон був запропонований хіміком і фізиком Джоном Далтоном, який вперше представив поняття хімічного елемента, виготовленого з атомів. Закон Дальтона говорить, що загальний тиск газової суміші - це загальний тиск кожного газу в суміші.
   • Закон Далтона можна записати в рівняння після P_усього = Р₁ + P₂ + P₃ ... з величиною тиску Р, рівним кількості газів у суміші.
   • Рівняння закону Далтона можна розробити при роботі з газами, парціальний тиск яких невідомий, але об'єм і температура яких відомі. Парціальний тиск газу - це тиск, який чинить однакова кількість газу в резервуарі, що містить лише його.
   • Для кожного парціального тиску ми можемо переписати рівняння ідеального газу PV = nRT у форму, що має Р лише зліва від знака рівності. Таким чином, ми повинні розділити дві сторони на V: PV / V = ​​nRT / V. Два V з лівого боку усуваються, залишаючи P = nRT / V в кінці.
   • Потім замініть цю формулу кожною літерою P у правій частині рівняння парціального тиску: P_усього = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   реклама

Частина 2 з 3: Обчисліть парціальний, а потім загальний тиск

1. 

   
   
   
   
   Визначте рівняння парціального тиску для заданих задач. Для ілюстрації цього розрахунку, припустимо, у нас є пляшка об’ємом 2 літри, що містить 3 гази: азот (N₂), кисень (O₂) і вуглекислий газ (CO₂). Кожен газ має 10 г, а температура кожного газу в балоні - 37 градусів Цельсія. Нам потрібно знайти парціальний тиск кожного газу та загальний тиск газової суміші, що діє на балон.
   • Рівняння парціального тиску записується таким чином P_усього = Р_Азот + P_кисень + P_{вуглекислий газ}.
   • Оскільки ми шукаємо тиск кожного газу, ми знаємо об'єм, температуру і можемо знайти мольну кількість кожного газу на основі їх маси, це рівняння переписується до: P_усього = (nRT / V) _Азот + (nRT / V) _кисень + (nRT / V) _{вуглекислий газ}

2. 

   
   
   Перетворіть температуру в градуси Кельвіна. Температура газів становить 37 градусів Цельсія, тому ми додаємо 37 плюс 273, щоб отримати 310 градусів К.

3. 

   Знайдіть кількість молей кожного газу в пляшці. Кількість молей газу - це маса газу, поділена на молярну масу, де молярна маса - це загальна маса кожного з атомів, що утворюють речовину.
   • Для першого газу азот має молекулярну формулу (N₂), кожен атом має масу 14. Оскільки молекула азоту має два атоми, ми повинні помножити 14 на 2, щоб отримати молекулярну масу азоту 28, а потім розділити масу в грамах на 10г. дають 28, щоб отримати кількість молей, результат округлюють приблизно до 0,4 молей газу азоту.
   • Для другого газу кисень має молекулярну формулу (O₂), кожен атом має масу 16. Молекула кисню також має два атоми, ми повинні помножити 16 на 2, щоб отримати масу молекули кисню 32. Поділ 10g на 32 дає приблизний результат. 0,3 моль кисню в пляшці.
   • Третім газом є формула вуглекислого газу (CO₂), є 3 атоми: один атом вуглецю масою 12, два атоми кисню з кожним атомом маси 16. Додаємо масу трьох атомів: 12 + 16 + 16 = 44 - маса молекула. Поділ 10 г на 44 дає приблизно 0,2 моль діоксиду вуглецю.

4. 

   
   
   Підключіть значення рівняння молю, об’єму та температури до рівняння. Тепер рівняння виглядає так: P_усього = (0,4 * R * 310/2) _Азот + (0,3 * R * 310/2) _кисень + (0,2 * R * 310/2) _{вуглекислий газ}.
   • Для простоти опустимо одиницю виміру для значень. Ці одиниці будуть знищені після того, як ви вирішите рівняння, залишивши лише одиницю виміру результату в тиску.

5. 

   Замініть значення константи R. Ми опрацюємо результати парціального та загального тиску в атмосферах, тому будемо використовувати значення R 0,0821 л атм / К моль. Введення цього значення в рівняння дає Р_усього =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Азот + (0,3 *0,0821 * 310/2) _кисень + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{вуглекислий газ}.

6. 

   Обчисліть парціальний тиск кожного газу. Тепер, коли ми підключили наші цінності, наступне, що потрібно зробити, це вирішити.
   • Для парціального тиску азоту помножте 0,4 моль на постійну 0,0821 і температуру 310 градусів К, а потім розділіть на 2 літри: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 атм (приблизно)
   • Для парціального тиску кисню помножте 0,3 моль на постійну 0,0821 і температуру 310 градусів К, а потім розділіть на 2 літри: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 атм (приблизно).
   • Для парціального тиску вуглекислого газу помножте 0,2 моль на постійну 0,0821 і температуру 310 градусів К, а потім розділіть на 2 літри: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 атм (приблизно)
   • Тепер складіть ці тиски, щоб знайти загальний тиск: P_усього = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 атм (приблизно).
   реклама

Частина 3 з 3: Обчисліть загальний тиск, потім парціальний

1. 

   Визначте рівняння парціального тиску, як зазначено вище. Знову ж, припустимо, у нас є пляшка об'ємом 2 літри, яка містить 3 гази: азот (N₂), кисень (O₂) і вуглекислий газ (CO₂). Кожен газ має 10 г, а температура кожного газу в балоні становить 37 градусів Цельсія.
   • Температура Кельвіна досі становить 310 градусів, і, як і вище, ми маємо приблизно 0,4 моль азоту, 0,3 моль кисню та 0,2 моль вуглекислого газу.
   • Подібним чином ми обчислимо результати в атмосфері, тому будемо використовувати значення R 0,0821 л атм / К моль.
   • На цей момент рівняння парціального тиску залишається: P_усього =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Азот + (0,3 *0,0821 * 310/2) _кисень + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{вуглекислий газ}.

2. 

   Додайте кількість молей кожного газу в балоні, щоб знайти загальну кількість молей газової суміші. Оскільки обсяги та температури газів у балоні однакові, а молекулярна маса кожного газу також множиться на ту саму постійну, ми можемо використовувати розподільну властивість математики, щоб переписати рівняння. Процес P_усього = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Додайте 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 молей газової суміші. Рівняння далі зводиться до P_усього = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Знайдіть загальний тиск газової суміші. Візьміть 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 моль (приблизно).

4. 

   Знайдіть частку кожного газу, з якого складається суміш. Ви ділите кількість молей на газ на загальну кількість молей газової суміші.
   • У нас 0,4 моль азоту, тому ми беремо 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) у газовій суміші (приблизно).
   • У нас 0,3 моль кисню, тому ми беремо 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) у газовій суміші (приблизно).
   • У нас 0,2 моль вуглекислого газу, тому ми беремо 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) у газовій суміші (приблизно).
   • Хоча приблизні відсотки вище складають лише 0,99, насправді десяткові цифри продовжують повторюватися, при цьому сума становить серію 9 секунд після коми. За визначенням це еквівалентно 1 або 100 відсоткам.

5. 

   Помножте відношення маси на газ на загальний тиск, щоб знайти парціальний тиск.
   • Візьміть 0,44 * 11,45 = 5,04 атм (приблизно).
   • Візьміть 0,33 * 11,45 = 3,78 атм (приблизно).
   • Візьміть 0,22 * 11,45 = 2,52 атм (приблизно).
   реклама

Порада

• Ви помітите невелику розбіжність між розрахунком парціального тиску та парціальним тиском спочатку та парціальним тиском. Пам’ятайте, що обчислені значення є лише приблизними, оскільки ми заокружлюємо до 1 або 2 числа після коми, щоб спростити їх.Якщо ми використовуємо калькулятор для обчислення без округлення, відхилення між цими двома методами буде ще меншим, навіть не рівним.

Увага

• Для дайверів знання парціального тиску газу особливо важливо, оскільки це пов’язано з їхнім життям. Занадто низький парціальний тиск кисню може призвести до втрати свідомості або смерті, тоді як занадто високий парціальний тиск азоту або кисню може призвести до отруєння.

Що тобі потрібно

• Ноутбук
• Довідник по атомній масі / молярній масі