Газа - сравнение относительной молекулярной или молярной массы одного газа с таким же показателем другого газа. Как правило, он определяется по отношению к самому легкому газу - водороду. Также часто газы сравнивают с воздухом.

Для того чтобы показать, какой газ выбирается для сравнения, перед символом относительной плотности исследуемого добавляют индекс, а само название записывают в скобках. Например, DH2(SO2). Это означает, что плотность была рассчитана по водороду. Читается это как «плотность оксида серы по водороду».

Чтобы рассчитать плотность газа по водороду, необходимо с помощью периодической таблицы определить молярные массы исследуемого газа и водорода. Если это хлор и водород, то показатели будут выглядеть так: M(Cl2) = 71 г/моль и M(H2) = 2 г/моль. Если плотность водорода разделить на плотность хлора (71:2), в результате получится 35,5. То есть хлор в 35,5 раз тяжелее, чем водород.

Относительная плотность газа от внешних условий никак не зависит. Это объясняется всеобщими законами состояния газов, которые сводятся к тому, что изменение температуры и давления не приводит к изменению их объема. При любых изменениях этих показателей измерения производятся совершенно одинаково.

Для определения плотности газа опытным путем понадобится колба, куда его можно будет поместить. Колбу с газом необходимо взвесить дважды: первый раз - откачав из нее весь воздух; второй - наполнив ее исследуемым газом. Также заранее необходимо измерить объем колбы.

Сначала нужно рассчитать разность масс и разделить ее на значение объема колбы. В результате получится плотность газа по заданным условиям. С помощью уравнения состояния можно высчитать нужный показатель при нормальных либо идеальных условиях.

Узнать плотность некоторых газов можно по сводной таблице, в которой есть готовые сведения. Если газ занесен в таблицу, то брать эту информацию можно без каких-либо дополнительных расчетов и использования формул. К примеру, плотность пара воды можно узнать по таблице свойств воды (Справочник Ривкина С.Л. и др.), ее электронному аналогу или с помощью программ типа WaterSteamPro и других.

Однако у разных жидкостей равновесие с паром наступает при различной плотности последнего. Это объясняется различием сил межмолекулярного взаимодействия. Чем выше оно, тем быстрее наступит равновесие (к примеру, ртуть). У летучих жидкостей (например, эфир) равновесие может наступить лишь при значительной плотности пара.

Плотность различных природных газов варьируется от 0,72 до 2,00 кг/м3 и выше, относительная - от 0,6 до 1,5 и выше. Самая высокая плотность у газов с наибольшим содержанием тяжелых углеводородов H2S, СО2 и N2, самая низкая - у сухих метановых.

Свойства определяются его составом, температурой, давлением и плотностью. Последний показатель определяется лабораторным путем. Он зависит от всех вышеназванных. Определить его плотность можно разными методами. Самый точный - взвешивание на точных весах в тонкостенном стеклянном баллоне.

Больше этого же показателя природных газов. В практике принимают это соотношение как 0,6:1. Статическое уменьшается быстрее по сравнению с газом. При давлении до 100 МПа плотность природного газа способна превышать 0,35 г/см3.

Установлено, что увеличение может сопровождаться увеличением температуры гидратообразования. Природный газ низкой плотности образовывает гидраты при более высокой температуре по сравнению с газами с повышенной плотностью.

В измерители плотности только начинают использоваться и остается еще много вопросов, которые связаны с особенностями их эксплуатации и проверки.

ρ = m (газа) / V (газа)

D поУ (Х) = М(Х) / М(У)

Поэтому:
D по возд. = М (газа Х) / 29

Динамическая и кинематическая вязкость газа.

Вязкость газов (явление внутреннего трения) - это появление сил трения между слоями газа, движущимися друг относительно друга параллельно и с разными по величине скоростями.
Взаимодействие двух слоев газа рассматривается как процесс, в ходе которого от одного слоя к другому передается импульс.
Сила трения на единицу площади между двумя слоями газа, равная импульсу, передаваемому за секунду от слоя к слою через единицу площади, определяетсязаконом Ньютона :

- градиент скорости в направлении перпендикулярном направлению движения слоев газа.
Знак минус указывает, что импульс переносится в направлении убывания скорости.
- динамическая вязкость.
, где
- плотность газа,
- средняя арифметическая скорость молекул,
- средняя длина свободного пробега молекул.

- кинематический коэффициент вязкости.

Критические параметры газа: Ткр, Ркр.

Критической называется такая температура, выше которой, при любом давлении, газ не может быть переведен в жидкое состояние. Давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называется критическим. Приведенные параметры газа. Приведенными параметрами называют безразмерные величины, показывающие, во сколько раз действительные параметры состояния газа (давление, температура, плотность, удельный объем) больше или меньше критических:

Скважинная добыча и подземное хранение газа.

Плотность газа: абсолютная и относительная.

Плотность газа является одной из его важнейших характеристик. Говоря о плотности газа, обычно имеют в виду его плотность при нормальных условиях (т. е. при температуре и давлении ). Кроме того, часто пользуются относительной плотностью газа, под которой подразумевают отношение плотности данного газа к плотности воздуха при тех же условиях. Легко видеть, что относительная плотность газа не зависит от условий, в которых он находится, так как, согласно законам газового состояния, объемы всех газов меняются при изменениях давления и температуры одинаково.

Абсолютная плотность газа - это масса 1 л газа при нормальных условиях. Обычно для газов её измеряют в г/л.

ρ = m (газа) / V (газа)

Если взять 1 моль газа, то тогда:

а молярную массу газа можно найти, умножая плотность на молярный объём.

Относительная плотность D - это величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У:

D поУ (Х) = М(Х) / М(У)

Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху.

Относительная плотность газа Х по водороду:

D по H2 = M (газа Х) / M (H2) = M (газа Х) / 2

Воздух - это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу.

Её величина принята за 29 г/моль (исходя из примерного усреднённого состава).
Поэтому:
D по возд. = М (газа Х) / 29

Инструкция

Для того чтобы справиться с задачей, необходимо использовать формулы на относительной плотности:

Сначала найдите относительную молекулярную массу аммиака, которую можно рассчитать по таблице Д.И. Менделеева.

Ar (N) = 14, Ar (H) = 3 х 1 = 3, отсюда
Mr (NH3) = 14 + 3 = 17

Подставьте полученные данные в формулу на определение относительной плотности по воздуху:
D (воздух) = Mr (аммиака)/ Mr (воздуха);
D (воздух) = Mr (аммиака)/ 29;
D (воздух) = 17/ 29 = 0, 59.

Пример № 2. Вычислите относительную плотность аммиака по водороду.

Подставьте данные в формулу на определение относительной плотности по водороду:
D (водород) = Mr (аммиака)/ Mr (водорода);
D (водород) = Mr (аммиака)/ 2;
D (водород) = 17/ 2 = 8, 5.

Водород (от латинского «Hydrogenium» - «порождающий воду») – первый элемент таблицы Менделеева. Широко распространен, существует в виде трех изотопов – протия, дейтерия и трития. Водород представляет собою легкий бесцветный газ (в 14,5 раз легче воздуха). В смеси с воздухом и кислородом весьма взрывоопасен. Используется в химической, пищевой промышленности, а также в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по возможности использования водорода в качестве топлива для автомобильных двигателей. Плотность водорода (как и любого другого газа) можно определить разными способами.

Инструкция

Во-первых, исходя из универсального определения плотности – количество вещества в единице объема. В том случае, если находится в герметичном сосуде, плотность газа определяется элементарно, по формуле (М1 – М2)/V, где М1 – общая масса сосуда с газом, М2 – масса пустого сосуда, а V – внутренний объем сосуда.

Если же требуется определить плотность водорода , имея такие исходные данные, как , тут на помощь приходит универсальное уравнение состояния идеального газа, или уравнение Менделеева – Клапейрона: PV = (mRT)/M.
P – давление газа
V – его объем
R – универсальная газовая постоянная
Т – температура газа в Кельвина
M – молярная масса газа
m – фактическая масса газа.

Идеальным газом считается такая математическая газа, в которой потенциальной энергией молекул по сравнению с их кинетической энергией можно пренебречь. В модели идеального газа между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, а соударения частиц с другими частицами или стенками сосуда, абсолютно упруги.

Разумеется, ни водород, ни другой газ не является идеальным, но эта модель позволяет вычисления с достаточно высокой точностью при , близких к атмосферному давлению и комнатной температуре. Например, дана задача: найти плотность водорода при давлении 6 и температуре 20 градусов по Цельсию.

Сначала переведите все исходные величины в систему СИ (6 атмосфер = 607950 Па, 20 градусов Ц=293 градуса К). Затем напишите уравнение Менделеева-Клапейрона PV = (mRT)/M. Преобразуйте его в виде: P = (mRT)/MV. Поскольку m/V есть плотность (отношение массы вещества к его объему), то получаете: плотность водорода = PM/RT, причем все необходимые данные для решения у нас есть. Вы знаеете величину давления (607950), температуру (293), универсальную газовую постоянную (8,31), молярную массу водорода (0,002).

Подставив эти данные в формулу, вы получите: плотность водорода при заданных условиях давления и температуры равна 0,499 кг/кубический метр, или примерно 0,5.

Источники:

• как найти плотность водорода

Плотность - это одна из характеристик вещества, такая же, как масса, объем, температура, площадь. Она равна отношению массы к объему. Основная задача - научиться вычислять эту величину и знать, от чего она зависит.

Инструкция

Плотность - это численное отношение массы к объему вещества. Если вы хотите определить плотность вещества, а вам известны его масса и объем, нахождение плотности не составит вам труда. Самый простой способ найти плотность в данном случае - это p = m/V. Она в кг/м^3 в системе СИ. Однако далеко не всегда даны эти два значения, поэтому следует знать несколько способов, с помощью которых можно вычислить плотность.

Плотность имеет разные значения в зависимости от вида вещества. Кроме того, плотность меняется и от степени солености и температуры. При уменьшении температуры плотность возрастает, а при понижении степени солености понижается и плотность. Например, плотность Красного моря по-прежнему считается высокой, а в Балтийском море она уже меньше. Все вы замечали, что если в воду подлить , оно всплывает . Все это происходит из-за того, что имеет более низкую плотность, нежели вода. Металлы и каменные вещества, наоборот тонут, так как их плотность выше. На основании плотности тел возникла об их плавании.

Благодаря теории плавания тел , по которой можно найти плотность тела, воды, объем всего тела и объем его погруженной части. Эта формула имеет вид:Vпогруж. части / V тела = p тела / p жидк.Отсюда следует, что плотность тела можно найти следующим образом:р тела = V погруж. части * р жидк / V тела.Это условие выполняется исходя из табличных данных и заданных объемов V погруж. части и V тела.

Видео по теме

Совет 4: Как вычислить относительную молекулярную массу вещества

Относительная молекулярная масса – это безразмерная величина, показывающая во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Соответственно, масса атома углерода равна 12 единиц. Определить относительную молекулярную массу химического соединения можно, сложив массы атомов, из которых состоит молекула вещества.

Вам понадобится

• - ручка;
• - бумага для записей;
• - калькулятор;
• - таблица Менделеева.

Инструкция

Найдите в таблице Менделеева ячейки элементов, из которых состоит данная молекула. Значения относительных атомных масс (Ar) для каждого вещества указаны в левом нижнем углу ячейки. Перепишите их, округлив до целого числа: Ar(H) – 1; Ar(P) – 31; Ar(O) – 16.

Определите относительную молекулярную массу соединения (Mr). Для этого умножьте атомную массу каждого элемента на количество атомов в . Затем сложите получившиеся значения. Для ортофосфорной кислоты: Mr(н3ро4) = 3*1 + 1*31 + 4*16 = 98.

Относительная молекулярная масса численно совпадает с молярной массой вещества. В некоторых задачах используется эта связь. Пример: газ при температуре 200 К и давлении 0,2 MПа имеет плотность 5,3 кг/мз. Определить его относительную молекулярную массу.

Используйте уравнение Менделеева-Клайперона для идеального газа: PV = mRT/M, где V – объем газа, м3; m – масса данного объела газа, кг; M – молярная масса газа, кг/моль; R – универсальная газовая постоянная. R=8.314472 м2кг с-2 К-1 Моль-1; T – газа, К; P - абсолютное давление, Па. Выразите из этой зависимости молярную массу: М = mRT/(PV).

Как известно, плотности: p = m/V, кг/м3. Подставьте ее в выражение: М = рRT/P. Определите молярную массу газа: М = 5,3*8,31*200/(2*10^5) = 0,044 кг/моль. Относительная молекулярная масса газа: Mr = 44. Вы можете предположить, что это углекислый газ: Mr(CO2) = 12 + 16*2 = 44.

Источники:

• вычислите относительные молекулярные массы

В химических лабораториях и при проведения химических опытов в домашних условиях часто бывает необходимо определить относительную плотность того или иного вещества. Относительная плотность представляет собой отношение плотности конкретного вещества к плотности другого при определенных условиях либо к плотности эталонного вещества, за которое принимается дистиллированная вода. Относительная плотность выражается отвлеченным числом.

Вам понадобится

• - таблицы и справочники;
• - ареометр, пикнометр или специальные весы.

Инструкция

Относительную плотность веществ по отношению к плотности дистиллированной воды определяйте по формуле: d=p/p0, где d – искомая относительная плотность, p – плотность исследуемого вещества, p0 – плотность эталонного вещества. Последний параметр табличный и определен довольно точно: при 20оС вода имеет плотность 998,203 кг/куб.м, а максимальной плотности она достигает при 4оС – 999,973 кг/куб.м. Перед вычислениями не забывайте, что р и р0 должны быть выражены в одинаковых единицах измерения.

Кроме того, относительную плотность вещества можно узнать в физических и химических справочниках. Числовое значение относительной плотности всегда равно относительному удельному весу того же вещества в одних и тех же условиях. Вывод: пользуйтесь таблицами относительных удельных весов так же, как если бы это были таблицы относительной плотности.

Определяя относительную плотность, всегда учитывайте температуру исследуемого и эталонного вещества. Дело в том, что плотность веществ уменьшается при и увеличивается при охлаждении. Если температура исследуемого вещества отличается эталона, внесите поправку. Ее вычислите как среднее изменение относительной плотности на 1оС. Нужные данные ищите по номограммам температурных поправок.

Для быстрого вычисления относительной плотности жидкостей на практике используйте ареометр. Для измерения относительной и сухих веществ используйте пикнометры и специальные весы. Классический ареометр представляет собой стеклянную трубку, расширяющуюся в нижней части. На нижнем конце трубки имеется резервуар или специальным веществом. На верхней части трубки нанесены деления, показывающие числовое значение относительной плотности исследуемого вещества. Многие ареометры дополнительно оснащают термометрами для измерений температуры исследуемого вещества.

Закон Авогадро

Отдаленность молекул газообразного вещества друг от друга зависит от внешних условий: давления и температуры. При одинаковых внешних условиях промежутки между молекулами различных газов одинаковы. Закон Авогадро, открытый в 1811 году, гласит: в равных объемах разных газов при одинаковых внешних условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Т.е. если V1=V2, T1=T2 и P1=P2, то N1=N2, где V – объем, T – температура, P – давление, N – число молекул газа (индекс «1» у одного газа, «2» – у другого).

Первое следствие из закона Авогадро, молярный объем

В первом следствии из закона Авогадро утверждается, что одинаковое число молекул любых газов при одних и тех же условиях занимает одинаковый объем: V1=V2 при N1=N2, T1=T2 и P1=P2. Объем одного моля всякого газа (молярный объем) – постоянная величина. Напомним, что в 1 моле содержится Авогадрово число частиц – 6,02х10^23 молекул.

Таким образом, молярный объем газа зависит только от давления и температуры. Обычно рассматривают газы при нормальном давлении и нормальной температуре: 273 К (0 градусов Цельсия) и 1 атм (760 мм рт. ст., 101325 Па). При таких нормальных условиях, обозначаемых «н.у.», молярный объем любого газа равен 22,4 л/моль. Зная эту величину, можно рассчитать объем любой заданной массы и любого заданного количества газа.

Второе следствие из закона Авогадро, относительные плотности газов

Для расчета относительных плотностей газов применяется второе следствие из закона Авогадро. По определению, плотность вещества – это отношение его массы к его объему: ρ=m/V. Для 1 моля вещества масса равна молярной массе M, а объем – молярному объему V(M). Отсюда плотность газа составляет ρ=M(газа)/V(M).

Пусть имеются два газа – X и Y. Их плотности и молярные массы – ρ(X), ρ(Y), M(X), M(Y), связанные между собой соотношениями: ρ(X)=M(X)/V(M), ρ(Y)=M(Y)/V(M). Относительной плотностью газа X по газу Y, обозначаемой как Dy(X) называется отношение плотностей этих газов ρ(X)/ρ(Y): Dy(X)=ρ(X)/ρ(Y)=M(X)xV(M)/V(M)xM(Y)=M(X)/M(Y). Молярные объемы сокращаются, и из этого можно сделать вывод, что относительная плотность газа X по газу Y равна отношению их молярных или относительных молекулярных масс (численно они равны).

Плотности газов нередко определяют по отношению к водороду, самому легкому из всех газов, молярная масса которого – 2 г/моль. Т.е. если в задаче сказано, что неизвестный газ X имеет плотность по водороду, скажем, 15 (относительная плотность – безразмерная величина!), то найти его молярную массу не составит труда: M(X)=15xM(H2)=15x2=30 г/моль. Часто указывают также относительную плотность газа по воздуху. Здесь необходимо знать, что средняя относительная молекулярная масса воздуха равна 29, и умножать уже надо не на 2, а на 29.

Вопросы: Состав и физико-химические свойства природных газов, их классификация. Газовые смеси, плотность газов, состав газовой смеси. Парциальные давление и объём в смеси идеальных газов. Аналитические методы расчета физических свойств природных газов. Вязкость газа

Состав и физико-химические свойства природных газов. Классификация природных газов

Природные газы, добываемые из чисто газовых, нефтяных и газоконденсатных месторождений, состоят из углеводородов гомологического ряда метана (С n Н 2n+2), а также неуглеводородных компонентов: азота (N 2), углекислого газа (СО 2), сероводорода (H 2 S), редкоземельных (инертных) газов (гелия, аргона, криптона, ксенона), ртути. Число углеродных атомов n в молекуле углеводородов может достигать 17 и более.

Метан (СН 4), этан (С 2 Н 6) и этилен (С 2 Н 4) при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа и T = 273 К) являются реальными газами. Пропан (С 3 Н 8), пропилен (С 3 Н 6), изобутан (i-C 4 H 10), нормальный бутан (n-С 4 Н 10), бутилены C 4 Н 8) при атмосферных условиях находятся в парообразном (газообразном) состоянии, при повышенных давлениях - в жидком. Они входят в состав жидких (сжижаемых, сжиженных) углеводородных газов.

Углеводороды, начиная с изопентана (i-C 5 H 12) и более тяжелые (17 > n > 5) при атмосферных условиях находятся в жидком состоянии. Они входят в состав бензиновой фракции. Углеводороды, молекула которых состоит из 18 и более атомов углерода (отC 18 H 38), расположенных в одну цепочку, при атмосферных условиях находятся в твердом состоянии.

Природные газы подразделяются на три группы:

1. Сухой газ, свободный от тяжелых углеводородов, добываемый из чисто газовых месторождений.

2. Смесь сухого газа, пропанобутановой фракции (сжиженного газа) и газового бензина, добываемые вместе с нефтью.

3. Сухой газ и жидкий углеводородный конденсат, добываемые из газоконденсатных месторождений.

Углеводородный конденсат состоит из большого числа тяжелых углеводородов, из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжелые маслянистые фракции.

Следует отметить, что в промышленности используются искусственные газы, полученные из твердых топлив (горючие сланцы, бурый уголь и пр.).

Газовые смеси. Плотность газов

Под плотностью, или объёмной массой, тела понимают отношение массы тела в состоянии покоя к его объёму.

Плотность газа в нормальных физических условиях (при 0,1013 МПа и 273 К) можно определить по формуле

(1)

где М - молекулярная масса.

Если плотность газа задана при давлении 0,1013 МПа, то пересчёт её на другое давление (при той же температуре) для идеального газа проводится по формуле

(2)

где Р – давление, МПа.

Часто для характеристики газа применяют относительную плотность его по воздуху при нормальных условиях (0,1013 МПа и 273 К)

(3)

Коммерческие расчёты в газовой промышленности проводят при стандартных физических условиях - 0,1013 МПа и 293 К.

Состав газовой смеси

Газовые смеси (как и смеси жидкостей и паров) характеризуются массовыми или молярными концентрациями компонентов. Объёмный состав газовой смеси примерно совпадает с молярным, так как объёмы 1 кмоля идеальных газов при одинаковых физических условиях по закону Авогадро имеют одно и то же численное значение, в частности при 273 К и 0,1013 МПа составляют 22,41 м 3 .

Для характеристики газовой смеси следует знать её среднюю молекулярную массу, среднюю плотность (в кг/м 3) или относительную плотность по воздуху.

Если известен молярный состав смеси в процентах, то среднюю молекулярную массу вычисляют по формуле

где у 1 , у 2 , ...,у n -молярные (объёмные) доли компонентов, %;

M l , М 2 , ..., M n - молекулярные массы компонентов.

Если задан массовый состав смеси, то её среднюю молекулярную массу определяют по формуле

(5)

где g 1 ,g 2 , ...,g n -массовые доли компонентов, %.

Плотность смеси ρ см определяется по вычисленному значению средней молекулярной массы М см по формуле, аналогичной (1)

(6)

Относительную плотность смеси вычисляют по формуле

(7)

где ρ cм и ρ в - плотности соответственно смеси и воздуха при 273 К и 0,1013 МПа.

Парциальные давление и объём компонента в смеси идеальных газов

Смеси идеальных газов характеризуются аддитивностью парциальных давлений и парциальных объёмов. Это означает, что каждый газ в смеси идеальных ведет себя так, как если бы в данном объёме он был бы один.

Парциальное давление газа - давление газа, входящего в состав газовой смеси, которое он оказывал бы, занимая один весь объём смеси и находясь при неизменных первоначальных объёме и температуре.

Парциальный объём - объём, который занимал бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он находился при тех же давлении и температуре, что и вся смесь.

Аддитивность парциальных давлений выражается законом Дальтона, согласно которому

(8)

где р - общее давление смеси газов;

p i - парциальное давление i-го компонента в смеси;

(9)

(10)

где n i - число молей i-го компонента в смеси;

N - общее число молей смеси;

у i - n i / N - молярная доля i-го компонента в смеси.

Таким образом, парциальное давление компонента р i в смеси идеальных газов равно произведению его молярной доли в смесиy i на общее давление смеси газовр .

Аддитивность парциальных объёмов компонентов газовой смеси выражается законом Амага, согласно которому

(11)

где V - общий объём смеси;

V i , - парциальный объём i-го компонента в смеси.

(12)

(13)

Таким образом, парциальный объём компонента в смеси идеальных газов; V i - равен произведению его молярной долиу i в смеси на общий объёмV смеси газов.

Аналитические методы расчета физических свойств природных газов

Для определения многих физических свойств природных газов используют уравнение состояния - аналитическую зависимость между параметрами, описывающими изменение

простого или сложного вещества (давление, объём и температура).

Клапейрон и Менделеев предложили следующее уравнение состояния идеальных газов:

(14)

где р - абсолютное давление. Па;

V - объём, м 3 ;

G - масса вещества, кг;

Т - абсолютная температура, К;

R - удельная газовая постоянная, Дж/(кг К).

Идеальным называется газ, собственный объём молекул, которого пренебрежимо мал по сравнению с объёмом, занимаемым газом, и когда отсутствует взаимодействие между молекулами.

С термодинамической точки зрения идеальным называется газ, для которого справедливо равенство

(15)

где Е - внутренняя энергия парообразования, Дж/моль или

(16)

где z - коэффициент отклонения реального газа от закона идеального.

Экспериментальная проверка уравнения (14), проведенная многими исследователями, показала, что изменение свойств реальных газов при высоких давлениях нельзя описать зависимостью (16).

Голландский физик Ван-дер-Ваальс в 1879 г. предложил учесть собственный объём молекул газа и силы их взаимного притяжения посредством введения дополнительных членов в уравнение Клапейрона - Менделеева:

(17)

где v - V / G - удельный объем газа, м 3 /кг;

а/v 2 - константа сцепления молекул. Па;

b - поправка на собственный объём молекул, м 3 .

В уравнении (17) слагаемое а/v 2 , выражает внутреннее давление, которое является как бы равнодействующей сил притяжения всех молекул в объёмеV . Оно прибавляется к внешнему давлению. Это уравнение приближенное.

В соотношениях для критического состояния вещества

(18)

коэффициенты a иb выражаются через критическое давлениер кр и критическую температуруТ кр следующим образом:

;
(19)

Ван-дер-Ваальс нашел, что поправка b на собственный объём молекул, имеющих шарообразную форму, равна учетверённому объёму молекул.

Уравнение (17) приближенное. Коэффициенты а иb в действительности являются сложными функциями объёма, температуры, формы молекул газа.

Критическая температура чистого вещества - это максимальная температура, при которой жидкая и паровая фазы могут сосуществовать в равновесии, или та температура, при которой средняя молекулярная кинетическая энергия становится равной потенциальной энергии притяжения молекул. При более высокой температуре существование жидкой фазы невозможно.

Давление паров вещества при критической температуре называется критическим давлением, а объём вещества, отнесенный к одному молю или другой единице массы вещества, называется критическим удельным объёмом. Критической принято называть такую температуру, выше которой газ под действием давления любого значения не может быть обращен в жидкость.

На рис. 1. приведена зависимость давления (упругости насыщенных паров) чистых веществ от температуры. Эта зависимость более точно описывает изменение свойств реальных газов при давлениях до 10 МПа и температурах от 283 до 293 К, но она не может численно описывать изменение, свойств многокомпонентных смесей месторождений природных газов.

Рисунок 1. Зависимость давления (упругости насыщенных паров) чистых веществ от температуры

Давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называется критическим. Кроме критического давления и критической температуры вводится понятие критического объёма, равного объёму одного моля газа при критических давлении и температуре. Для природных газов, представляющих собой смесь отдельных компонентов, значения Р кр и Т кр определяются как среднекритические (псевдокритические).

Средние критические давление и температуру смеси можно определить по формулам:

где х 1 , х 2 …х n - объёмные доли компонентов, входящих в состав газа;

- критические давления компонентов;

- критические температуры компонентов.

Следует отметить, что коэффициент сверхсжимаемости природной углеводородной смеси Z см можно определить по графической зависимости представленной на рисунке 1.2.

Если известна относительная плотность газа , то средние критические давление и температуру природного газа можно определить по графикам.При содержании в природном газеN 2 , СО 2 илиH 2 Sв значенияР кр иТ к р вводятся соответствующие поправки. Когда содержаниеN 2 ,CO 2 или Н 2 Sпревышает 15% об., вместо графиков для определенияР кр иТ к р следует пользоваться формулой (1.20).

Рис. 1.2. Значение коэффициента сверхсжимаемости z по данным Стэндинга и Катца

Для приближенных расчётов при изменении , от 0,5 до 0,9 значенияР кр иТ к р можно определить по формулам:

, МПа (21)

, К

Часто в расчётах, например, при определении вязкости и коэффициента сверхсжимаемости газа, пользуются так называемыми приведенными давлениями и температурами. Приведенными параметрами индивидуальных компонентов называют безразмерные величины, показывающие, во сколько раз действительные параметры состояния газа (давление, абсолютная температура, объём, плотность, коэффициент отклонения) больше или меньше критических:

Приведенным давлением Р пр называется отношение давления газаР к его критическому давлениюР кр

(22)

Приведенной температурой газа Т пр называется отношение абсолютной температуры газаТ к его критическому значению:

, (23)

Дальнейший прогресс науки и техники потребовал разработки более точного уравнения состояния природных газов, способного правильно описывать изменение их свойств при давлениях до 100 МПа и температурах до 573 К в процессах добычи газа и при давлениях до 20 МПа и низких температурах до 223 - 93 К (от минус 50 до минус180°С) в процессах переработки природных газов.

В решении этой проблемы выявились два направления:

1) введение поправочного коэффициента z в уравнение состояния идеального газа (1.17), учитывающего отклонение реального газа от идеального, т. е.pV == zRT

2) дополнение уравнения состояния идеального газа большим числом констант.

УРОК 8

Тема. Относительная плотность газов. Вычисление относительной плотности

Цели урока: раскрыть суть понятия «относительная плотность газов»; научить учащихся осуществлять расчеты относительной плотности газов, вычисление молярной массы по известной относительной плотностью; показать практическое значение этих расчетов.

Тип урока: усвоение новых знаний.

Формы работы: рассказ учителя, управляемая практика, самостоятельная работа.

Оборудование: Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, весы, колба объемом 0,250 мл с пробкой, установка для получения кислорода, карточки с заданиями.

II. Проверка домашнего задания, актуализация опорных знаний

1. Сверяем ответы в задачах, комментируем, отвечаем на вопросы учащихся.

2. Заполняем таблицу на доске и в тетрадях, проводя расчеты устно (условия нормальные).

Формулы для расчета записываем на доске:

Каким законом мы воспользовались, чтобы вычислить объем газов? (По Закону Авогадро)

III . Изложение нового материала

Рассказ учителя

С таблицы на доске видно, что одинаковое количество вещества различных газов занимает одинаковый объем, но имеет разную массу, как и разную молярну массу. То есть газы имеют разную плотность. Сравним плотности двух газов количеством вещества 1 моль при н. в.

Тогда соотношение плотностей:

Такое соотношение называют относительной плотностью газов и обозначают D . Это безразмерная величина, показывающая, во сколько раз один газ тяжелее или легче другого.

D = M 1 / M 2 ,

отсюда M 1 = D · M 2 .

Итак, за молярною массой известного газа можно определить плотность любого газа.

Демонстрация

1. Взвешиваем закрытую колбу с воздухом на весах.

2. Заполняем колбу кислородом, закупориваем и взвешиваем.

3. Вычисляем соотношение массы колбы с воздухом и кислородом, это и будет относительная плотность, поскольку объем колбы одинаков, а следовательно, и количество веществ одинакова.

4. M 2 (O 2) = 32 г/моль.

По формуле М1 = D · M 2 вычисляем молярну массу воздуха в комнате.

IV. Закрепление изученного материала

Управляемая практика

Вычислите относительную плотность карбон(ИV ) оксида с кислородом.

Ответ: 1,375.

Вычислите относительную плотность сульфур(ИV ) оксида SO 2 по водороду Н2.

(Ответ: 32)

Задача 3

Плотность неизвестного оксида Азота по водороду равна 38. Вычислите молярну массу этого оксида, определите его формулу.

2) Определяем формулу. Составим уравнение:

Ответ: N2O3; M (N2O3) = 76 г/моль.

Плотность метана с гелием равна 4. Вычислите молярну массу метана и выведите его формулу.

(Ответы: 16 г/моль; СН4)

Вычислите объем водорода, который взаимодействует с кислородом объемом 3 литра.

V (O 2 ) = 3 л

V (H 2 ) - ?

Для решения этой задачи мы воспользуемся следствием из закона Авогадро - законом объемных отношений: «Объемы газообразных веществ, участвующих в реакции, соотносятся между собой как соответствующие стехиометрические коэффициенты».

Уравнение реакции:

2Н2 + O 2 = 2Н2O

По уравнению: 2л 1л

По условию: хл 3 л

Составим пропорцию:

2/ x = 1/3;

Ответ: 6 л.

Задача 6

Вычислите объем хлора, вступившего в реакцию с водородом объемом 7 л. (Ответ: 7 л)

V. Домашнее задание

Проработать соответствующий параграф учебника, ответить на вопросы.

Творческое задание (домашняя практика). Самостоятельно решить задачи. Используя знания о газообразные вещества, составить и решить задачи, аналогичные задаче 2.