Расчет основных параметров газовых смесей

Тема учебного предмета: «Основные понятия термодинамики»

Практическая работа № 1

Тема работы: «Расчет основных параметров газовых смесей»

1. Цель работы

Научится рассчитывать основные параметры газовых смесей.  

2. Задание

Изучить краткие теоретические сведения. Рассчитать мольный, объемный и массовый составы смеси; рассчитать массы, парциальные объемы, давления, количества вещества, плотности, газовые постоянные и молярные массы компонентов смеси; рассчитать количество вещества (молей), массу, объем, плотность, удельный объем, удельную газовую постоянную и среднюю молярную массу газовой смеси. Результаты представить в виде таблицы.

3. Оснащение работы

1. Инструкция по выполнению практической работы.

2. Калькулятор.

3. Таблица с основными параметрами важнейших газов.

4. Основные теоретические сведения

Основные сведения о газовых смесях

Газовая смесь – механическая смесь отдельных газов, не вступающих друг с другом в химические взаимодействия. Каждый газ в смеси полностью сохраняет свои свойства и ведет себя так, как если бы он один находился во всем объеме газовой смеси. Смесь идеальных газов, химически не взаимодействующих между собой, называется идеальной газовой смесью.

Смесь идеальных газов подчиняется уравнению Клапейрона-Менделеева. Уравнение состояния для i-го компонента смеси имеет вид

[pic 1]

а для смеси газов

[pic 2]

где  — масса i-гo компонента;  — газовая постоянная i-гo компонента.[pic 3][pic 4]

Парциальное  (частичное) давление – давление газа, которое он имел, если бы он один в том же количестве занимал весь объем смеси газов при температуре смеси. Парциальный объем – объем отдельного газа при давлении и температуре смеси.

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь (закон Дальтона):

[pic 5]

В этой формуле:  — давление смеси;  — парциальное давление i-го компонента смеси, равное давлению, которое имел бы данный компонент, если бы он занимал весь объем при температуре смеси; n — число компонентов смеси.[pic 6][pic 7]

Для газовой смеси, подчиняющейся закону Дальтона, справедливы следующие положения:

1) каждый газ, входящий в газовую смесь, имеет температуру, равную температуру смеси;

2) каждый из компонентов газовой смеси распространяется по всему объему, занимаемому смесью, а поэтому объем каждого из них равен объему всей смеси;

3) каждый из газов, входящих в смесь, подчиняется своему уравнению состояния;

4) смесь в целом условно является как бы новым газом, отличающимся от ее компонентов и подчиняющимися своему уравнению состояния.

Способы задания газовых смесей

Газовая смесь может быть задана массовыми, объемными и молярными долями.

Состав смеси, заданный массовыми долями. Под массовой долей понимают отношение массы каждого газа к общей массе смеси. Если смесь состоит из  компонентов, то массовые доли равны:[pic 8]

[pic 9]

где , , ...,  — массовые доли; , , ...,  — масса каждого газа;  — масса всей смеси.[pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

Сумма массовых долей равна единице:[pic 17]

[pic 18]

Сумма масс всех газов равна массе смеси:

[pic 19]

Если числовые значения массовых долей умножить на 100, получим процентный массовый состав смеси.

Состав смеси, заданный объемными долями. Известно, что газ не имеет своего объема и объемом газа называется объем той емкости, в которой заключены молекулы газа. Парциальным (или приведенным) объемом газа называется объем, который занимал бы этот газ, если бы его температура и давление равнялись температуре и давлению смеси газов.