Плотность смеси газов формула

Физические и химические свойства смеси газов

Газовые смеси, которые используются для сварочной сферы, составляются специально для защиты расплавленной ванны металла от влияния негативных факторов. На нее могут оказывать влияние вкрапления кислорода из атмосферы, влага, находящаяся на металле, оксиды, оставшиеся после плохой зачистки и так далее. Все это приводит к появлению пор и трещин, что делает крепость соединения намного ниже и может привести к скорой поломке. Чтобы минимизировать различные виды брака, используются сварочные смеси газов.

Как и отдельные виды газа, они обладают своими свойствами, которые вбирают от всех своих компонентов и обеспечивают уникальный результат. Для каждого типа металла, поддающегося сварке, нужны свои условия проведения работы, чтобы результат получился максимально качественным и надежным. Благодаря этому и создаются разные типы смесей, каждый из которых обладает своей сферой применения и лучше подходит для того или иного типа металла или его сплава.

Объемная доля газа в смеси задает свойства для каждой субстанции. Исходя из этих свойств, меняется их сфера использования. Чаще всего они применяются в строительных работах, где газовая сварка и полуавтоматическая нужны для получения надежного соединения в металлоконструкциях. Многие из них являются несущими, так что не должны содержать трещин, пор, свищей, вкраплений и прочих недостатков. Без газовой смеси невозможно было бы достичь должного качества сварки и швы получались бы с дефектами.

При соединении тонких деталей из металлических листов или труб также используют данное вещество. Трубы намного лучше варить в газовой защитной среде, чем электросваркой покрытыми электродами. Таким образом, смеси находят применение в бытовой, химической, нефтяной и пищевой промышленности. Их часто используют на производственных предприятиях, где идет работа с металлом. Машиностроение и другие подобные отрасли не обходятся без сварки полуавтоматом.

Каждая смесь по-своему уникальна и обладает собственными свойствами. Здесь приведены основные свойства одних из часто употребляемых вариантов в сварочной сфере:

Дает хорошее проплавление металла, удобен в управлении.

Поддерживает высокие показатели тока и скорости сварки.

Может использоваться для всех пространственных положений. С ним можно проваривать металл на большую. глубину. Высокая скорость сварки.

Дает высокую температуру, что увеличивает толщину рабочего металла, но грозит прожогами.

Дает стабильную дугу. Обеспечивает улучшенное сплавление металла и ровное формирование шва. С ним легко управлять ванной.

С учетом того, что в смеси имеется несколько газов, ее свойства будут определяться процентным отношением каждого из них. Плотность смеси газов станет средним значением каждого из элементов, относительно его процентного содержания. Здесь приведены основные физико-химические свойства газов, входящих в смеси:

Сечение столкновения, м 2

Плотность смеси газов является величиной, зависящей от свойств тех компонентов, которые входят в субстанцию. Определить их можно благодаря различным справочникам. Формула молярной массы смеси газов в таком случае будет не нужна, если известны показатели плотности каждого компонента. В некоторых случаях искомый результат может быть заранее известен из тех же справочников и технических характеристик, если речь идет о популярных марках. Но если таковых данных нет, то плотность смеси газов рассчитывается как сумма произведений плотности каждого входящего в нее газа. Значение компонента необходимо умножить на его процентное содержание и сложить все результаты.

Для самых популярных разновидностей плотность смеси газов зачастую является известной. Но стоит понимать, что в некоторых парах соотношение может меняться. Среди самых востребованных стоит отметить такие:

• Углекислота + Аргон. Один из наиболее востребованных в сварочной отрасли газов. Углекислота обеспечивает легкость струйного переноса. Зачастую смесь используют для сварки низкоуглеродистых сталей. Здесь практически не образуются поры, а шов получает дополнительную пластичность.
• Кислород + Аргон. Предназначается для работы с высоколегированными металлами. Чаще всего аргон занимает 95% объема. Это не дает появляться на поверхности металла порам.
• Водород + Аргон. Эта сварочная смесь для полуавтомата используется для соединения никеля и нержавейки. Его используют также в качестве формовочного газа.
• Гелий + Аргон. Применяется для никеля и его сплавов. Обеспечивает качественные швы для алюминия, меди и других цветных металлов и хромоникелевых сплавов.
• Активный газы + Аргон. Экономичная смесь для различных видов сварки, в том числе и для ручной газовой. Она обладает универсальным применением, так как может справиться с низколегированными и высоколегированными сталями.

Заключение

Средняя молярная масса смеси газов, их плотность и другие параметры важны при составлении самих субстанций, определении их расхода и прочих вычислений. На практическое использование такие параметры практически не оказывают значения. В большинстве случаев параметры имеются в специализированной литературе или в характеристиках в документах, поставляемых вместе с продукцией.

Физика задачи. Примеры контрольной по разделам Механика, Молекулярная физика, Электростатика, Оптика

Примеры решения задач

Решение. Согласно определению плотности имеем

где m1 и m2 – массы азота и кислорода соответственно; V – объем баллона.

Выразим массу каждого газа через количество вещества и молярную массу:

Для определения объема газа в баллоне воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона для смеси газов:

где R – молярная газовая постоянная; Т – термодинамическая температура. Тогда

Подставив выражения (2) и (3) в (1), получим

Вычислим искомую плотность:

Пример 2. Определить: 1) число атомов, содержащихся в 1 кг гелия; 2) массу одного атома гелия.

Решение. 1. Число молекул в данной массе газа:

Поскольку молекулы гелия одноатомны, число атомов в данной массе газа равно числу молекул.

Найдем искомое число атомов:

Подставив числовые значения величин в (2), получим:

Решение. 1. Внутренняя энергия идеального газа есть полная кинетическая энергия всех молекул газа; она выражается формулой:

Вычислим искомую внутреннюю энергию:

2. Известно, что на каждую степень свободы молекулы газа приходится в среднем энергия

где k – постоянная Больцмана.

Вращательному движению каждой молекулы приписывается некоторое число степеней свободы iвр. Это относится ко всем молекулам, кроме одноатомных, для которых энергия вращательного движения равна нулю, как для материальных точек, размещенных на оси вращения.

Таким образом, энергия вращательного движения молекулы равна:

Выполнив подстановку и вычисления, получим:

Внешний фотоэффект заключается в испускании электронов веществом под действием падающего на него света. Фотоэффект практически безинер-ционен. Экспериментально установлены следующие законы фотоэффекта: максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности

Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Термодинамика и тепломассообмен

Идеальный газ

Идеальный газ – математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.

Примеры решения задач по теме “Смеси идеальных газов”

1. Объемный состав газообразного топлива следующий: $h3 = 10$ %, $Cp = 90$ %. Определить среднюю молекулярную массу и газовую постоянную смеси.

2. Объемный состав продуктов сгорания $СО2 = 12.3$ %; $O2 = 7.2$ %; $N2 = 80.5$ %. Определить плотность и удельный объем смеси при $t = 800$ °C и $P_ <бар>= 740$ мм.рт.ст.

3. В резервуаре емкостью $V = 155$ м 3 находится светильный газ при давлении $Р = 4$ ат и температуре $t = 18$ °C. Объемный состав газа $Н2 = 46$ %; $СН4 = 32$ %; $СО = 15$ %; $N2 = 7$ %. После израсходования некоторого количества газа давление его понизилось до $3.1$ ат, а температура упала до $12$ °С. Определить массу израсходованного газа.

4. Массовый состав смеси следующий: $СО2 = 18$ %; $O2 = 10$ %; $N2 = 72$ %. До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы при $t = 180$ °C $8$ кг ее занимали объем $40$ л?

5. Анализ продуктов сгорания топлива показал следующий объемный состав: $CO2 = 12.2$ %; $O2 = 7.1$ %; $CO = 10$ %; $N2 = 70.7$ %. Найти массовый состав газов, составляющих продукты сгорания.

6. В резервуаре объемом $10$ м 3 находится газовая смесь, состоящая из $1$ кг кислорода и $39$ кг азота. Температура смеси равна $27$ °С. Определить парциальные давления компонентов смеси.

7. Плотность смеси азота и углекислого газа при давлении $1.4$ бар и температуре $45$ °C равна $2$ кг/м 3 . Определить массовый состав смеси.

Плотность смеси газов формула

Плотность, удельный объем и средняя молекулярная масса смеси газов

Плотность газовой смеси p см можно определить по заданному её составу, т. е. через массовые или объемные доли.
Чтобы определить плотность смеси через объемные доли, используем уравнение

M = M1+M2+M3+. +Mn,

в котором заменим М , М 1 , М 2 . M n в соответствии с формулой p = m / V на M = p см V; M 1 = p 1 V 1 ; M 2 = p 2 V 2 . , тогда

p см V = p 1 V 1 +P 2 V 2 +. +p n V n .

Разделив обе части уравнения на V и учитывая, что отношения V/V 1 , V 2 /V . V n /V есть объёмные доли газов, получим

Чтобы определить плотность смеси через массовые доли, воспользуемся уравнением V = V 1 +V 2 +. +V n , в котором заменим V, V 1 , V 2 . Vn соответственно на V=M/ p см ; V 1 =M 1 /p 1; V 2 = M 2 /p 2 ; . тогда

M/ p см = M 1 /p 1 + M 2 /p 2 +. M n /p n .

Р азделив обе части неравенства на M и учтя, что отношения M 1 /M, M 2 /M, . M n /M есть массовые доли газов, получим

1/p см = m 1 /p 1 +m 2 /p 2 +. +m n /p n ,

Удельный объём смеси v см определяют как величину, обратную плотности смеси p см .
Удельный объём смеси, заданной объёмными долями:

Удельный объём смеси, заданной массовыми долями:

Неорганическая химия

Компьютерный репетитор по курсу неорганической химии

Решение расчетных задач на основе законов газового состояния вещества

В данном разделе использованы материалы методического пособия “Обучение решению задач по химии”. Авторы – составители: учитель химии высшей категории, методист Учреждения образования «Гимназии №1 г. Гродно» Толкач Л.Я.; методист учебно-методического отдела Учреждения образования «Гродненский ОИПК и ПРР и СО» Коробова Н.П.

Вычисления с использованием молярного объема газов.

Вычисление относительной плотности газов.

Объемные отношения газов

Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает один и тот же объем. Так, при нормальных условиях(н.у.), т.е. при температуре 0 °С и нормальном атмосферном давлении, равном 101,3 кПа, один моль любого газа занимает объем 22,4 дм 3 .

Отношение объема газа к соответствующему химическому количеству вещества есть величина, называемая молярным объемом газа ( V _m ):

V _m = V / n дм 3 , откуда V = V _m · n

Для того чтобы определить: легче или тяжелее газ относительно другого газа, достаточно сравнить их плотности:

Из выше приведенного выражения видно: для того, чтобы сравнить плотности газов, достаточно сравнить их молярные массы.

Отношение молярной массы одного газа к молярной массе другого газа есть величина, называемая относительной плотностью ( D ₂ ) одного газа по другому газу.

Зная относительную плотность одного газа по другому, можно определить его молярную массу:

Воздух является смесью газов, поэтому его «молярная масса» представляет собой массу воздуха объемом 22,4 л. Эта величина численно равна:

М _возд = 29 г/моль

Согласно закону Авогадро одинаковое число молекул разных газов при одних и тех же условиях занимает одинаковый объем.

Из этого вытекает второе следствие.

При неизменных температуре и давлении объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу, а также к объемам образующихся газообразных продуктов как небольшие целые числа.

Эта закономерность была сформулирована Гей-Люссаком в виде закона объемных отношений газов. Таким образом, если в химической реакции участвуют или получаются газообразные вещества, то по уравнению реакции можно установить их объемные отношения.

Объемы реагирующих и получающихся газов пропорциональны химическим количествам этих веществ:

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂ т.е. V ₁ и V ₂ численно равны коэффициентам в уравнении реакции.

Пример 1. Баллон вмещает 0,5 кг сжатого водорода. Какой объем займет такое количество водорода? Условия нормальные.

1. Вычисляем химическое количество водорода, содержащееся в баллоне:

n (Н ₂ ) = 500/2 = 250 (моль), где М(Н ₂ ) = 2 г/моль.

2.Так как при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 дм 3 , то

V = V _m · n , V ( H ₂ ) = 22,4 * 250 = 5600 (дм 3 )

Ответ: 5600 дм 3

Пример2. Каков состав (в %) алюминиево-медного сплава, если при обработке 1 г его избытком соляной кислоты выделилось 1,18 л водорода?

1.Так как в реакцию с кислотой вступит только алюминий, то записываем уравнение:

2А1 + 6НС1 = 2А1С1 ₃ + 3 H ₂

2.Вычисляем химическое количество водорода:

n (Н ₂ ) = 1.18/22.4= 0,05 (моль)

3.По уравнению реакции вычисляем массу алюминия, содержащегося в сплаве:

3 моль водорода выделится, если прореагирует 2 моль алюминия

0,05 моль водорода выделится, если прореагирует x моль алюминия

х = 0.05·2/3 = 0,033 (моль),

m ( Al ) = 0,035·27 = 0,9 (г), где М(А l ) = 27 г/моль

5. Вычисляем массовую долю алюминия в сплаве:

Тогда массовая доля меди в сплаве 10%

Ответ: 90% алюминия, 10% меди

Пример 3. Определить относительную плотность: а) кислорода по воздуху, б) углекислого газа по водороду.

1. Находим относительную плотность кислорода по воздуху:

2.Определяем относительную плотность углекислого газа по водороду

Пример 4. Определите объем смеси газов, состоящей из 0,5 моль кислорода, 0,5 моль водорода и 0,5 моль углекислого газа.

1. Находим химическое количество смеси газов:

n (смеси) = 0,5 + 0,5 + 0,5 = 1,5(моль).

2. Вычисляем объем смеси газов:

V (смеси) = 22,4 · 1,5 = 33,6(дм 3 ).

Ответ: 33,6 дм 3 смеси

Пример 5. Рассчитайте объем углекислого газа, который получится при сжигании 11,2 м 3 метана СН ₄ .

1. Записываем уравнение химической реакции горения метана:

2. Для вычисления объема углекислого газа составляем и решаем пропорцию:

при сжигании 1 м 3 СН ₄ получится 1 м 3 СО ₂

при сжигании 11,2 м 3 СН ₄ получится х м 3 СО ₂

х = 11,2·1/1= 11,2 (м 3 )

Ответ : 11,2 м 3 углекислого газа

Пример 6. Стальной баллон для хранения сжатых газов наполнили жидким кислородом массой 8 кг.

Какой объем займет кислород в газообразном состоянии (н.у.) ?

1. Вычисляем химическое количество жидкого кислорода:

n ( O ₂ ) = 8000/32 = 250 (моль).

2. Вычисляем объем газообразного кислорода:

V ( O ₂ ) = 22, 4 · 250 = 5600 дм 3 .

Ответ: 5600 дм 3

Пример 7. Вычислите массу воздуха объемом 1 м 3 (н.у.), если в нем 78 объемных долей азота, 21 – кислорода, 1 – аргона (не считая других газов).

1. Исходя из условия задачи, объемы газов в воздухе соответственно равны:

V ( N ₂ ) = 1 · 0,78 = 0,78 м 3 ;

V (О ₂ ) = 1 · 0,21 = 0,21 м 3 ,

V (А r ) = 1 · 0,01 = 0,01 м 3 .

2. Вычисляем химическое количество каждого газа:

n ( N ₂ ) = 0,78/22,4·10 -3 = 34,8 (моль),

n (О ₂ ) = 0,21/22,4·10 -3 = 9,4 (моль),

n (А r ) = 0,01/22,4·10 -3 = 0,45 (моль).

3. Вычисляем массы газов:

m ( N ₂ ) = 34,8 · 28 = 974(г),

m (О ₂ ) = 9,4 · 32 = 30(г),

m (А r ) = 0,45 · 40 = 18(г).

4. Вычисляем массу воздуха:

m (воздуха) = 974 + 301 + 18 = 1293 (г) или 1,293 кг.

Ответ: 1,293 кг воздуха

Пример 8. При поджигании в эвдиометре смеси кислорода и водорода объемом 0,1 м 3 объем смеси уменьшился на 0,09 м 3 .

Какие объемы водорода и кислорода были в исходной смеси, если оставшийся газ горит (н.у.) ?

1. Записываем уравнение реакции:

2 моль 1моль 2моль

2. Определяем объемы газов, вступивших в реакцию.

Объем газовой смеси сократился за счет образования жидкой воды, поэтому объем газов, вступивших в реакцию, равен 0,09 м 3 .

Т.к. газы вступают в реакцию в отношении 2:1, то из 0,09 м 3 две части

приходятся на водород, а одна – на кислород. Следовательно, в реакцию

вступило 0,06 м 3 водорода и 0,03 м 3 кислорода.

3. Вычисляем объемы газов в исходной смеси.

Т.к. оставшийся газ горит, то это водород – 0,01 м 3 .

V (Н ₂ ) = 0,01 + 0,06 = 0,07 (м 3 ) или 70 л,

V (О ₂ ) = 0,1 – 0,07 = 0,03 (м 3 ) или 30 л.

Ответ: 70 л водорода, 30 л кислорода

Пример 9. Определите плотность по водороду газовой смеси, состоящей из 56л аргона и 28 л азота (н.у.) ?

1. Исходя из определения относительной плотности газов,

2. Вычисляем химическое количество и массу смеси газов:

n ( Ar ) = 5.6/22.4= 2,5 (моль);

n ( N ₂ ) = 28/22.4= 1,25 (моль);

n (смеси) = 2,5 + 1,25 = 3,75 (моль).

m ( Ar ) = 2,5 · 40 = 100 (г),

m ( N ₂ ) = 1,25 · 28 = 35 (г),

m (смеси) = 100 + 35 = 135 (г), т. к.

М (А r ) = 40 г/моль, М ( N ₂ ) = 28 г/моль.

3. Вычисляем молярную массу смеси:

М(смеси) = 135/3,75= 36 (г/моль)

4. Вычисляем относительную плотность смеси газов по водороду:

Пример 10. Можно ли полностью сжечь 3 г древесного угля в трехлитровой банке, наполненной кислородом (н.у.)?

1. Записываем уравнение реакции горения угля:

2. Вычисляем химическое количество угля:

n (С) = 3/12 = 0,25 (моль), т. к. М (С) = 12 г/моль.

Химическое количество кислорода, необходимого для реакции, будет тоже равно 0,25 моль (исходя из уравнения реакции).

3. Вычисляем объем кислорода, необходимый для сжигания 3 г угля:

V ( O ₂ ) = 0,25 · 22,4 = 5,6 (л).

4. Поскольку газ занимает объем сосуда, в котором он находится, то имеется 3 л кислорода. Следовательно, этого количества не хватит для сжигания 3 г угля.

Ответ: не хватит

Пример 11. Во сколько раз увеличится объем жидкой воды в результате превращения ее в пар при н.у.?

1. Пусть имеется 1 моль жидкой воды.

2. Вычисляем массу 1 моль жидкой воды:

m ( H ₂ O ) = 1 * 18 = 18 (г), т. к. М(Н ₂ О) = 18 г/моль.

3. Так как плотность жидкой воды равна 1 г/см 3 , то объем жидкой воды равен 18 мл или 0,018 л.

4. Объем 1 моль воды, превращенной в пар, равен 22,4л (из закона Авогадро).

5. Находим отношение объема водяного пара и жидкой воды:

22,4л/0,018л = 1244, т.е. в 1244 раза объем жидкой воды увеличится в результате превращения ее в пар.

Ответ: в 1244 раза

Пример 12. При взаимодействии избытка кислоты с 2,33 г смеси железа и цинка было получено 896 мл водорода (н.у. ). Сколько каждого металла содержится в смеси?

1. Так как оба металла взаимодействуют с кислотой, то составляем два химических уравнения:

(2,33 – х) г (0,04 – у) моль

2. Пусть масса железа в смеси х г, тогда масса цинка (2,33 – х) г.

3. Химическое количество водорода, выделившегося в результате первой реакции, равно y моль, а в результате второй – (0,896/22,4- y ) = (0,04 – y ) моль.

4. Используя эти данные и данные из уравнений реакций, составляем два математических уравнения:

x = 56·y/1 и 2,33 – x = 65 · (0,04 – y ).

5. Подставляя значение у из первого уравнения во второе и решая полученное уравнение относительно х, получаем его значение: х = 1,71, т.е масса железа, содержащегося в смеси равна 1,71 г.

Тогда, масса цинка равна 2,33 – 1,71 = 0,63 (г).