Определение молекулярной массы газа по его грамм-молекулярному объему
Так как при нормальных условиях грамм-молекула любого газа или пара занимает объем 22,4 литра, то, вычислив массу т какого-либо объема V0 исследуемого газа при нормальных условиях, походят массу его грамм-молекулы, численно равную молекулярной массе газа из равенства:
(1).
Для приведения объема исследуемого газа к нормальным условиям пользуются уравнением состояния идеального газа:
Пример 20. Определить молекулярную массу газа, зная, что при 17ºC и давлении 780 мм рт.ст. масса 624 мл газа равна 1,56 г.
Решение
Приводим данный объем газа к нормальным условиям по уравнению . или 0,6 л.
Следовательно, масса 0,600 л газа равна 1,56 г.
Из уравнения (1) находим молекулярную массу газа:
Определение молекулярной массы газа по его массе и объему
Если температура и давление отличаются от нормальных, то молекулярную массу газообразных веществ удобно вычислять с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона, представляющего собой математическое выражение зависимости между объемом газа, его весом, молекулярной массой, давлением и температурой:
; откуда (2)
Пример 21. 124,8 мл газа при 47ºС и 750 мм рт.ст. весят 0,225 г. Определить молекулярную массу газа.
Р е ш е н и е
Используем уравнение (2) :
Подставив в него данные из условия задачи, имея в виду, что R= 62400 мм.рт.ст.´мл/(град´моль), получим
Определение молекулярной массы газа по его плотности
По закону Авогадро, в одинаковых объемах любых газов при одинаковой температуре и давлении содержится равное число молекул. Отсюда следует, что массы равных объемов газов относятся, как их молекулярные массы:
(3)
где m1 и m2 — соответственно, массы первого и второго газов, а M1 и M2 — их молекулярные массы.
Отношение показывающее, во сколько раз первый газ тяжелее второго, называется плотностью D первого газа по второму. Подставляя значение = D, получаем следующее равенство , откуда искомая молекулярная масса равна
M1 = M2 ´D (4)
то есть молекулярная масса газа равна произведению его плотности по другому газу на молекулярную массу другого газа.
Обычно плотность газов определяют по отношению к водороду или к воздуху. Так как молекулярная масса водорода округленно равна 2, а средняя молекулярная масса воздуха 29, то формулы для вычисления молекулярной массы газа, исходя из его плотности по водороду или воздуху, будут иметь следующий вид:
М = 2´Dвод - по водороду, М = 29´Dвозд - по воздуху (5)
Пример 22. Вычислить молекулярную массу сернистого газа, плотность которого по водороду равна 32.
Решение
Подставляя данные из условия задачи в формулу (5), находим
М =2´Dвод = 2´32 = 64.
Пример 23. Вычислить молекулярную массу метана, если известно, что плотность его по воздуху равна 0,533.
Решение
Подставляя данные из условия задачи в формулу (5), получим
М = 29´Dвозд = 29´0,553 = 16,04