Объемная доля газов в смеси
1. Ознакомьтесь, запишите определение и формулу для нахождения объемной доли газа:
В состав воздуха входит несколько различных газов: кислород, азот, углекислый газ, благородные газы, водяные пары и некоторые другие вещества. Содержание каждого из этих газов в чистом воздухе строго определенно.
Для того чтобы выразить состав смеси газов в цифрах, т. е. количественно, используют особую величину, которую называют объемной долей газов в смеси.
Объемную долю газа в смеси обозначают греческой буквой 
– «фи».
Объемной долей газа в смеси называют отношение объема данного газа к общему объему смеси:
Что же показывает объемная доля газа в смеси или, как говорят, какой физический смысл этой величины? Объемная доля газа показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ.
Если бы нам удалось разделить 100 л воздуха на отдельные газообразные компоненты, мы получили бы около 78 л азота, 21 л кислорода, 30 мл углекислого газа, в оставшемся объеме содержались бы так называемые благородные газы (главным образом аргон) и некоторые другие (рис. 62).
|
| Рис. 62. Состав атмосферного воздуха |
Рассчитаем объемные доли этих газов в воздухе:
Нетрудно заметить, что сумма объемных долей всех газов в смеси всегда равна 1, или 100%:
(азота) + (кисл.) + (угл. газа) + (др. газов) = 78% + 21% + 0,03% + 0,97% = 100%.
Тот воздух, который мы выдыхаем, гораздо беднее кислородом (его объемная доля снижается до 16%), зато содержание углекислого газа возрастает до 4%. Такой воздух для дыхания уже непригоден. Вот почему помещение, в котором находится много людей, надо регулярно проветривать.
В химии на производстве чаще приходится сталкиваться с обратной задачей: определять объем газа в смеси по известной объемной доле.
Рассмотрите примеры задач
Пример. Вычислите объем кислорода, содержащегося в 500 л воздуха.
Из определения объемной доли газа в смеси выразим объем кислорода:
V (кисл.) = V (возд.)• (кисл.).
Подставим в уравнение числа и рассчитаем объем кислорода:
V (кисл.) = 500 (л)•0,21 = 105 л.
Кстати, для приближенных расчетов объемную долю кислорода в воздухе можно принять равной 0,2, или 20%.
При расчете объемных долей газов в смеси можно воспользоваться маленькой хитростью. Зная, что сумма объемных долей равна 100%, для «последнего» газа в смеси эту величину можно рассчитать по-другому.
Задача. Анализ атмосферы Венеры показал, что в 50 мл венерианского «воздуха» содержится 48,5 мл углекислого газа и 1,5 мл азота. Рассчитайте объемные доли газов в атмосфере планеты.
Дано:
V (смеси) = 50 мл,
V (угл. газа) = 48,5 мл,
V (азота) = 1,5 мл.
Найти:
(угл. газа),
(азота).
Решение
Рассчитаем объемную долю углекислого газа в смеси. По определению:
Вычислим объемную долю азота в смеси, зная, что сумма объемных долей газов в смеси равна 100%:
(угл. газа) + (азота) = 100%,
(азота) = 100% – (угл. газа) = 100% – 97% = 3%.
Ответ. (угл. газа) = 97%, (азота) = 3%.
С помощью какой величины измеряют содержание компонентов в смесях другого типа, например в растворах? Понятно, что в этом случае пользоваться объемной долей неудобно. На помощь приходит новая величина, о которой вы узнаете на следующем уроке.
3. Выполните домашнее задание:
1. Что такое объемная доля компонента в газовой смеси?
2. Объемная доля аргона в воздухе 0,9%. Какой объем воздуха необходим для получения 5 л аргона?
3. При разделении воздуха было получено 224 л азота. Какие объемы кислорода и углекислого газа были получены при этом?
4. Объемная доля метана в природном газе составляет 92%. Какой объем этой газовой смеси будет содержать 4,6 мл метана?
5. Смешали 6 л кислорода и 2 л углекислого газа. Найдите объемную долю каждого газа в полученной смеси.