Закон парциальных давлений

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих данную смесь, то есть Р_общ = Р₁ + Р₂ +.. + Р_п

Из формулировки закона следует, что парциальное давление представляет собой частичное давление, создаваемое отдельным газом. ТО есть, парциальное давление - это такое давление, которое бы создавал данный газ, если бы он один занимал весь объем.

Пример: определить давление газовой смеси, если в объеме 11,2 л при н.у. содержится 4 г Н₂, 14 г СО и 56 г N₂.

Решение: Определим с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона парциальные давления каждого из газов, составляющих данную газовую смесь:

Р(Н₂) = (m/M)RT/V = (4г/2г/моль)·8,31·273К/0,0112мз = 4·105 Па,

Р(СО) = (14г/28г/моль)·8,31·273К/0,0112мз = 105 Па,

Р(N₂) = (56г/28г/моль)·8,31·273К/0,0112мз = 4·105 Па.

Общее давление газовой смеси равно: Р_общ = Р(Н₂) + Р(СО) + Р(N₂) = 9·105 Па

Величина парциального давления определяется несколькими способами, но наиболее часто встречающийся практически способ основан на использовании формулы:

Парциальным давлением газа в смеси называют давление, которое оказывал бы газ, если бы занимал объем, предоставленный всей смеси, при отсутствии всех других компонентов.

Если смесь представляет собой идеальную смесь идеальных газов, то парциальное давление каждого газа (Pi) можно вычислить из соотношений:

где А - содержание данного газа в газовой смеси в объемных %.

Пример: определить массу кислорода О₂, содержащегося в 1 м³ воздуха при нормальных условиях, если процентное содержание кислорода в воздухе составляет 21% об.

Решение:

Парциальное давление О₂ в воздухе определяем по формуле Р(О₂) = 105Па·21%/100% = 0,21·105Па. Отсюда, согласно уравнения Менделеева - Клапейрона: m(O₂) = PV_M/RT = (0,21·105Па·1м³·32г/моль)/8,31·273К = 297 г

Ответ: 297 г.

Рассмотрим возможность учета изменения объема или давления при протекании химической реакции, в которой участвуют или образуются газообразные продукты. Для учета этого необходимо вспомнить, что коэффициенты в уравнении химической реакции прямо пропорциональны числу молей реагирующих и образующихся веществ.

Применительно к газам необходимо учесть также, что: 1 моль любого газа при н.у. занимает объем, равный 22,4 л;

объем 1 моля любого газа значительно превышает объем 1 моля жидкого или твердого вещества (сравните: 1 моль жидкой воды - 18 смз(0,018 л), 1 моль водяного пара - 22,4 л) и в общем объеме системы объемом жидких и твердых веществ можно пренебречь.

Таким образом, сравнивая коэффициенты исходных веществ и продуктов реакции, можно сделать вывод об изменении объема (давления) в ходе химической реакции.

Например, в химической реакции 2СО + О₂ = 2СО₂ все вещества являются газами, Видно, что до реакции имелось 3 моля газа (2 моля СО и 1 моль О2), а после реакции осталось 2 моля СО2. Ясно, что объем 3 молей газа (22,4·3=67,2л) больше объема 2 молей (22,4·2=44,8л), то есть Vнач> Vкон. Значит, данная реакция протекает либо с уменьшением объема (изобарный процесс), либо с уменьшение давления (изохорный процесс).

В случае химической реакции СО₂ + С = 2СО имеем газообразные вещества СО₂ и СО и твердое вещество С. Сравниваем коэффициенты только для газообразных веществ и имеем для исходных веществ 1 и конечных веществ 2. Так как 1 < 2, то объем системы в ходе химической реакции увеличивается (либо увеличивается давление при изохорном процессе).