Масса какого газа равна массе азота содержится
Âûáåðèòå èçâåñòíûé ãàç èëè ââåäèòå ïàðàìåòðû | |
| ãàç ïàðàìåòðû ãàçà | |
| Ãàç: | |
| Ðàññ÷èòàòü ìîëÿðíóþ ìàññó àçîòà | |
Ìîëÿðíàÿ ìàññà âåùåñòâà — îòíîøåíèå ìàññû âåùåñòâà ê êîëè÷åñòâó ìîëü ýòîãî âåùåñòâà, òî åñòü ìàññà îäíîãî ìîëÿ âåùåñòâà. Ìîëÿðíàÿ ìàññà ãàçà îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà (óðàâíåíèå Ìåíäåëååâà-Êëàïåéðîíà): ãäå  — äàâëåíèå ãàçà, — ìîëÿðíûé îáú¸ì, — ìàññà ãàçà, — ìîëÿðíàÿ ìàññà, — óíèâåðñàëüíàÿ ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ, — àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà | |
|
| ||||||||||||
|
| ||||||||||||
Ìû â ñîöñåòÿõ Ïðèñîåäèíÿéòåñü! Íàøëè îøèáêó? Åñòü ïðåäëîæåíèÿ? Ñîîáùèòå íàì |
Ýòîò êàëüêóëÿòîð ìîæíî âñòàâèòü íà ñàéò, â áëîã Ñîçäàäèì êàëüêóëÿòîð äëÿ âàñ |
Азот представляет собой газообразное химическое вещество, имеющее 2 стабильных изотопа, не обладающих цветом либо запахом. Этот газ в большом количестве содержится в атмосфере; кроме того, он нередко применяется людьми в различных областях промышленности.
Общая характеристика азота
В периодической таблице азот располагается под 7 номером. Обозначают его латинской буквой N от слова nitrogenium. Располагается во втором периоде, в группе V(A). Заряд равняется 7. Данный неметалл чаще всего встречается в свободном состоянии. Он на 78,2% составляет атмосферу Земли. Высоко его содержание также в атмосферах Плутона, Титана, Тритона. Добывают чаще всего из воздуха.
Из неорганических соединений в большом количестве встречается лишь натриевая селитра, пласты которой можно обнаружить около Тихого океана на территории Чили. Иногда за год добывают до 3000000 т данного вещества. Небольшое его количество находится в почве в виде солей азотной кислоты. Органические соединения часто содержат азот в составе. Он присутствует во многих белках и нуклеиновых кислотах, входящих в состав любого живого организма.
В виде простого вещества имеет такие характерные свойства, как газообразное состояние, отсутствие запаха, вкуса или цвета. Этот газ имеет меньшую массу, чем воздух: 1 л весит всего 1,25 г.
Азот редко оказывает негативное воздействие на состояние человека либо животных из-за своей инертности. В слишком большой концентрации он, однако, может навредить: стать причиной появления удушья, опьянения, в тяжелых случаях — кессонной болезни. Соединения этого вещества могут быть токсичны для живых организмов.
Свойства
Плотность вещества в газообразном состоянии составляет 1,25 кг/м³. У жидкой формы значение показателя равняется 808 кг/м³. На внешней оболочке располагается 5 электронов; степень окисления может изменяться в пределах от 5 до -3. Формула молекулы — N2; атомы связаны между собой тройной связью. Теплота плавления составляет 25,5 кДж/кг. Газовая постоянная азота — 297. Температура кипения составляет 195,8 градусов по шкале Цельсия.
При -209,86 градусах Цельсия вещество замерзает, переходит в твердое состояние. Внешне выглядит как крупные кристаллы белого цвета либо масса, похожая на снег. Существует 3 кристаллические модификации в твердом состоянии.
Диссоциация в нормальных условиях почти отсутствует. Даже при сильном нагревании она остается низкой: при 3000 градусах по Цельсию составляет лишь 1%.
Молярная масса и удельная теплоемкость
Молярная масса азота составляет 14 г/моль. Существует также стабильный изотоп, для которого значение показателя равняется 15. Имеются и искусственно созданные изотопы, для которых молярная масса может составлять от 13 до 25, но они нестабильны; самый длительный период полураспада для этих веществ составляет 10 минут. Молекулярная масса составляет примерно 28 г/моль; близкими показателями обладают метиловый спирт и сероводород.
Удельная теплоемкость газа составляет 1,042 кДж/(кг*К) при температуре 27 градусов Цельсия. В различных температурных условиях значения данного показателя могут различаться.
Область применения при сварке
Применение азота при сварке распространено не слишком широко: его характеристика хуже, чем у ряда других газообразных веществ. Используют его чаще из-за преимуществ в цене: добыть данный газ нетрудно, благодаря чему удается приобрести его по более низкой стоимости, чем многие другие. Азот, однако, активно вступает в реакции с большим количеством металлов, из-за чего швы могут получаться менее надежными и крепкими. Чтобы снизить негативное воздействие на шов, предотвратить его старение, нужно дополнительно использовать кислород, бор.
Чаще всего применяют азот при необходимости произвести сварку медных изделий. С этим металлом газ не образует никаких соединений, не вступает во взаимодействие. Хотя расход вещества будет больше примерно на 1/3 в сравнении с аргонодуговой сваркой, стоимость окажется ниже, поскольку цены на азот не такие высокие, как на аргон. Другие металлы профессионалы сваривают чаще с использованием инертных газов.
Азот востребован не только в сварке: применяют его и в ряде других сфер. В автомобильной промышленности газом нередко наполняют шины, чтобы продлить срок их эксплуатации. Поскольку азот вытесняет кислород, его применяют для продува трубопроводов. Возможно с его помощью тушить пожары (особенно часто так делают в шахтах и на крайнем Севере, где использование других средств затруднено). Кроме того, он применяется для производства ряда продуктов питания (например, консервации), медикаментов. В сельском хозяйстве содержащие азот вещества используют как удобрение.
Преимущества
Жидкий азот безопаснее, чем фреон. Последний, являющийся смесью метана и этана с замещенными атомами водорода атомами хлора и фтора, выделяет ядовитые вещества при сильном повышении температуры, из-за чего может становиться токсичным для работающих с ним людей. Плюсами являются также взрывная и пожарная безопасность.
Газ распространен в природе, что делает простой его добычу. Не приходится прилагать большое количество усилий, использовать слишком дорогую технику. По этой причине стоимость азота не слишком велика. Дешевле обойдутся и работы с его применением.
Хранить данный газ, транспортировать его нетрудно. При перевозке либо переноске требуется лишь избегать падения баллонов, исключать удары содержащих азот емкостей друг о друга и не допускать резких колебаний температурного режима (это может привести к изменению давления в баллоне).
В промышленности можно использовать не только газообразный, но и жидкий вариант. Транспортируют его в черных баллонах, выдерживающих не менее 150 атмосфер: под таким давлением вещество хранится. Его чаще всего используют как хладагент; возможно применять в криотерапии, в пищевой промышленности для создания добавки Е941, в производстве кокса.
Команда «Газы!» была объявлена еще две недели назад. И что?! Легкие задачи порешали и расслабились?! Или вы думаете, что задачи на газы касаются только 28-х заданий ЕГЭ?! Как бы не так! Если газов пока еще не было в 34-х заданиях, это ничего не значит! Задач на электролиз тоже не было в ЕГЭ до 2018 года. А потом как врезали, мама не горюй! Обязательно прочитайте мою статью «Тайны задач по химии? Тяжело в учении — легко в бою!». В этой статье очень подробно рассказывается о новых фишках на электролиз. Статья вызвала шквал самых разных эмоций у преподавателей химии. До сих пор мне и пишут, и звонят, и благодарят, и бьются в конвульсиях. Просто цирк с конями, в котором я — зритель в первом ряду.
Однако, вернемся к нашим баранам, вернее, Газам. Я прошла через огонь и воду вступительных экзаменов и знаю точно — хочешь завалить абитуриента, дай ему задачу на Газы. Почитайте на досуге сборник задач И.Ю. Белавина. Я процитирую одну такую «мозгобойню», чтобы вам жизнь медом не казалась. Попробуйте решить.
И.Ю. Белавин, 2005, задача 229
«Два из трех газов (сероводород, водород и кислород) смешали и получили газовую смесь, плотность которой оказалась равной плотности оставшегося газа. Полученную газовую смесь вместе с равным ей объемом третьего газа под давлением поместили в замкнутый сосуд емкостью 4 л, содержавший азот при н.у. и нагревали при 600 С до окончания химических реакций, затем постепенно охладили. Определите массы веществ, содержавшихся в сосуде после охлаждения, если плотность газовой смеси в сосуде перед нагреванием равнялась 9,25г/л. (Ответ: m(S) = 7,5 г, m(SO2) = 15 г, m(Н2О) = 9 г)»
Ну как, решили? Нет?! А ваши репетиторы?! Извините, это был риторический вопрос. Кстати, мои ученики, абитуриенты 2003-2008 гг. такие задачи щелкали, как семечки, на экзаменах во 2-й медицинский (теперь РНИМУ им. Н.И. Пирогова). Надеюсь, вам понятно, что 34-м задачам ЕГЭ еще есть куда усложняться, perfectio interminatus est (нет предела совершенству), с газами нужно работать, работать и работать. Поэтому команду «Газы!» отменять рано. Итак, поехали!
Сегодня мы поговорим о газовых смесях, затронем понятие плотности газа (абсолютной и относительной), средней молярной массы, решим задачи: определение средней молярной массы и плотности газа по компонентам смеси и наоборот.
• Газовая смесь — смесь отдельных газов НЕ вступающих между собой в химические реакции. К смесям газов относятся: воздух (состоит из азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и др.), природный газ (смесь предельных и непредельных углеводородов, оксида углерода, водорода, сероводорода, азота, кислорода, углекислого газа и др.), дымовые газы (содержат азот, углекислый газ, пары воды, сернистый газ и др.) и др.
• Объемная доля — отношение объема данного газа к общему объему смеси, показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ, измеряется в долях единицы или в процентах.
• Мольная доля — отношение количества вещества данного газа к общему количеству вещества смеси газов, измеряется в долях единицы или в процентах.
• Плотность газа (абсолютная) — определяется как отношение массы газа к его объему, единица измерения (г/л). Физический смысл абсолютной плотности газа — масса 1 л, поэтому молярный объем газа (22,4 л при н.у. t° = 0°C, P = 1 атм) имеет массу, численно равную молярной массе.
• Относительная плотность газа (плотность одного газа по другому) — это отношение молярной массы данного газа к молярной массе того газа, по которому она находится
• Средняя молярная масса газа — рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей
Настоятельно рекомендую запомнить среднюю молярную массу воздуха Мср(в) = 29 г/моль, в заданиях ЕГЭ часто встречается.
Обязательно посетите страницу моего сайта «Изучаем Х-ОбХ-04. Закон Авогадро. Следствия из закона Авогадро. Нормальные условия. Молярный объем газа. Абсолютная и относительная плотность газа. Закон объемных отношений»и сделайте конспекты по теории. Затем возьмите бумагу и ручку и решайте задачи вместе со мной.
ВАНГУЮ: чует мое сердце, что ЕГЭ по химии 2019 года устроит нам газовую атаку, а противогазы не выдаст!
Задача 1
Определить плотность по азоту газовой смеси, состоящей из 30% кислорода, 20% азота и 50% углекислого газа.
Задача 2
Вычислите плотность по водороду газовой смеси, содержащей 0,4 моль СО2, 0,2 моль азота и 1,4 моль кислорода.
Задача 3
5 л смеси азота и водорода имеют относительную плотность по водороду 12. Определить объем каждого газа в смеси.
Несколько задач со страницы моего сайта
Задача 4
Плотность по водороду пропан-бутановой смеси равна 23,5. Определите объемные доли пропана и бутана
Задача 5
Газообразный алкан объемом 8 л (н.у.) имеет массу 14,28 г. Чему равна его плотность по воздуху
Задача 6
Плотность паров альдегида по метану равна 2,75. Определите альдегид
Ну как? Пошло дело? Если туго, вернитесь к задачам и решайте их самостоятельно до тех пор, пока не щелкнет! А для стимуляции — десерт в виде еще одной задачи И.Ю. Белавина на газы. Наслаждайтесь ее решением самостоятельно!
И.Ю. Белавин, 2005, задача 202
«Сосуд емкостью 5,6 л при н.у. заполнили метаном, затем нагрели до высокой температуры, в результате чего произошло частичное разложение метана. Определите массу образовавшейся сажи, если известно, что после приведения к нормальным условиям объем полученной газовой смеси оказался в 1,6 раза больше объема исходного метана, эта газовая смесь обесцвечивает бромную воду и имеет плотность по воздуху 0,2931. (Ответ: m(C) = 0,6 г)»
Задачи И.Ю. Белавина — это крутой драйв! Попробуйте порешать, и вы откажетесь от просмотра любых ужастиков, поскольку запасетесь адреналином надолго! Но нам нужно спуститься на землю к ЕГЭ, простому и надежному, как первый советский трактор. Кстати, у меня в коллекции припасено немало сюрпризов с газовыми фишками, собранными за все годы работы и бережно хранимыми. Думаю, пришло время сказать им: «И снова здравствуйте!», поскольку ЕГЭ с каждым годом становится «все чудесатее и чудесатее». Но это уже совсем другая история. Читайте мои статьи — и вы подстелите соломку под свою ЕГЭшную попу.
Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии https://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Позвоните мне +7(903)186-74-55, приходите ко мне на курс, на бесплатные Мастер-классы «Решение задач по химии». Я с удовольствием вам помогу.
Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова
§5.5 Молярный объем газов. Закон Авогадро. Постоянная Авогадро.
Значение 6,02·1023 называется ПОСТОЯННОЙ АВОГАДРО в честь итальянского химика Амедео Авогадро. Это универсальная постоянная для мельчайших частиц любого вещества. Она имеет обозначение NA. Иногда ее также называют ЧИСЛОМ АВОГАДРО.
Постоянная Авогадро NA = 6,02·1023
Как мы уже говорили, именно такое количество молекул содержит 1 моль кислорода О
2, такое же количество атомов в 1 моле железа (Fe), молекул в 1 моле воды H2O и т.д. Но для газообразных веществ понятие моль имеет еще одну важную особенность: такое количество частиц любого газа всегда занимает одинаковый объем. Вот как это выяснилось.
Французский химик и физик Гей-Люссак в 1808 году изучал удивительную (по тем временам) химическую реакцию, в которой из двух газов – хлористого водорода и аммиака — получалось твердое кристаллическое вещество — хлорид аммония:
HCl (газ)
+ NH3 (газ) = NH4Cl (крист.)
Обнаружилось, что для реакции требуются равные объемы обоих газов – HCl и NH3. Если один из этих газов вначале имелся в избытке, то по окончании реакции этот избыток оставался неиспользованным.
Гей-Люссак проводил свои опыты в замкнутом сосуде – достаточно прочном для того, чтобы выдержать реакции, идущие со взрывом. Поэтому он смог изучить и некоторые другие реакции между газами. Выяснилось, что два объема водорода со взрывом реагируют с одним объемом кислорода, образуя 2 объема газообразных водяных паров:
2 H2 + O2 = 2 H2O (все вещества – газообразные)
Далее: один объем водорода реагирует с одним объемом хлора, давая 2 объема газообразного хлористого водорода:
H2 + Cl2 = 2 HCl (все вещества – газообразные)
В этих и других экспериментах неизменно обнаруживалось, что газы реагируют между собой (и образуются тоже) в простых целочисленных объемных отношениях.
Гей-Люссак опубликовал свои наблюдения, не делая из них никаких выводов. Важные выводы спустя три года сделал итальянский химик Амедео Авогадро. Он предположил, что РАВНЫЕ ОБЪЕМЫ любых газов содержат РАВНОЕ ЧИСЛО МОЛЕКУЛ.
Действительно, молекулы газов не связаны между собой крепкими связями, как молекулы или атомы твердых веществ. Объем, который они занимают, при прочих равных условиях (температуре и давлении) зависит только от числа молекул газа, но не от конкретного вида этих молекул, поскольку молекулы никак не связаны между собой. Поэтому одинаковые количества молекул разных газов должны занимать одинаковые объемы при данных температуре и давлении.
Как правильно полагал Авогадро, только тогда, когда газы занимали одинаковый объем, N молекул одного газа и N молекул другого газа реагировали между собой без остатка в опытах Гей-Люссака. Впоследствии гипотеза о равном числе молекул в одинаковых объемах газов подтвердилось в многочисленных экспериментах.
Так был сформулирован закон, справедливо названный впоследствии ЗАКОНОМ АВОГАДРО:
Равные объемы любых газов (при одинаковых температуре и давлении) содержат равное число молекул.
** Из закона Авогадро вытекает важное следствие: если в равных объемах всех газов содержится одинаковое число молекул, то молекулярный вес (m) любого газа должен быть пропорционален его плотности: m = k·d (где d – плотность, k — некий коэффициент пропорциональности).
Действительно, плотность (d) газа, как и любого физического тела, измеряется в граммах на литр. Если в литре какого-то газа с «тяжелыми» молекулами, и в литре другого газа
– с «легкими» молекулами – этих молекул одинаковое число, то 1 л первого газа должен весить больше – иными словами, для него значение плотности в г/л будет выше.
Чтобы определить коэффициент пропорциональности k, можно воспользоваться измерениями плотности разных газов — например, водорода и кислорода (таблица 5-2).
Таблица
5-2. Плотность газа и его молекулярная масса связаны постоянным коэффициентом k. Плотности газов даны при нормальных условиях: температуре 0°
С и давлении 760 мм ртутного столба (273,15 K и 101 325 Па).
Газ | Плотность d (г/л) | Молекулярный вес | Коэффициент k |
H2 | 0,0894 | 2 | 22,37 |
O2 | 1,427 | 32 | 22,42 |
Среднее значение: 22,4 | |||
Если молекулярный вес газа мы заменим его молярной массой (М г/моль), то получим уравнение:
М (г/моль) = k·d (г/л).
Здесь размерность коэффициента k должна быть (л/моль). Например, для кислорода:
Иными словами, коэффициент k оказывается не просто коэффициентом пропорциональности – он показывает, сколько литров занимает 1 моль любого газа.
1 МОЛЬ любого газа при нормальных условиях (н.у.) занимает объем 22,4 л.
Нормальными условиями (н.у.) считают температуру 0 оС (273 K) и давление 1 атм (760 мм ртутного столба или 101 325 Па).
Итак, 22,4 л – МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ ГАЗОВ при нормальных условиях. Это очень важная величина, которую следует запомнить. С ее помощью, как мы увидим дальше, можно делать интересные и полезные химические расчеты.
Остается выяснить, как была определена постоянная Авогадро – число молекул газа в 22,4 л газа и в 1 моле любого вещества. Но об этом – в параграфе 5.6.
Задачи.
5.16 Какой объем при нормальных условиях (н.у.) занимают 56 г газообразного азота?
5.17. Какой объем при н.у. занимают 80 г газообразного аргона?
5.18. Чем меньше плотность газа, тем больше подъемная сила у шара, наполненного этим газом. Какова плотность водорода (г/л)? Какова плотность гелия (г/л)? Какой из двух газов выгоднее использовать для заполнения воздушных шаров?
5.19. В кислородной подушке при н.у. находится 6,72 л кислорода. Сколько это граммов кислорода? Сколько это молей кислорода?
5.20. Вычислите плотность газа метана CH4 (г/л) при н.у.
5.21. Некий газ при н.у. имеет плотность 3,17 г/л. Найдите молярную массу и молекулярный вес этого газа? ** Какой это газ? Напишите его формулу и назовите (пользуйтесь Периодической таблицей).
** 5.22. Определите молекулярную массу газообразного соединения азота с кислородом, имеющего плотность 1,34 г (н.у.). Какова молекулярная формула этого соединения?
5.23. Какова плотность газообразного сероводорода H
2S в граммах на литр (при н.у.)?
** 5.24. Средний молекулярный вес воздуха (это смесь газов!) составляет 29 а.е.м. Плотность воздуха (1,295 г/л) — больше, чем у водорода или гелия, поэтому наполненные этими газами шары взлетают (“всплывают”) в земной атмосфере. а) Можно ли полететь на воздушном шаре, наполненном неоном? б) Можно ли полететь на воздушном шаре, наполненном сероводородом H
2S? в) Можно ли летать на шаре, наполненном H2S на Венере, где атмосфера состоит из газообразного диоксида углерода CO2? Кстати, сероводород постоянно извергается из венерианских вулканов, поэтому решение задачи в будущем может иметь (или не иметь) практическое значение.
** 5.25. (НГУ) Сколько молекул содержится в 60 г фтористого водорода (HF)? В каком объеме газообразного фтора (н.у.) содержится такое же число молекул?
- В следующий параграф.
_________________