какое свойство газовых смесей не подчиняется правилам смешения

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Тем не менее правило смешения применяют также и при расчетах в объемных единицах, поскольку оно имеет много преимуществ, а ошибка обычно очень невелика. [18]

Эта зависимость ( правило смешения ) оказывается справедливой для характеристик, на которые не влияет анизотропия молекул независимо от степени молекулярной ориентации. Примером такой характеристики является плотность. [19]

Для твердых тел правило смешения выполняется и для простой смеси, и для интерметаллического соединения. Отклонения от правила смешения наблюдаются, когда при нагревании происходит изменение состава или структуры вещества, а также в водных растворах электролитов. Плохо выполняется правило смешения для смесей газов ири больших давлениях; обычно теплоемкость, рассчитанная по правилу смешения, меньше экспериментальной. [20]

Для объяснения сущности правила смешения ( нередко называемого правилом диагональной схемы, а также правилом креста) приведем следующий пример. Имеется два раствора сахара различной концентрации. [21]

С целью проверки пригодности правила смешения для исследуемого полимер гомологического ряда вначале получают кривые осаждения отдельных фракций. Используя эти кривые, рассчитывают по приближенному уравнению ( 6) кривую осаждения смеси. Аналогичные опыты были проведены для полистирола и поливинилпирролидона. [24]

Далее составляем пропорцию по правилу смешения аналогично тому, как это показано для газовых смесей ( стр. [25]

Вязкость смеси жидкостей не подчиняется правилу смешения ( закону аддитивности), поэтому для каждой смеси подбираются эмпирические зависимости, дающие вязкость смеси с той или иной точностью. [26]

Источник

Основные методы решения задач на смешивание растворов

“Только из союза двоих, работающих вместе и при помощи друг друга, рождаются великие вещи.”

Антуан Де Сент-Экзюпери

В данной статье приводятся рекомендации по решению химических задач на смешение растворов разными способами: с помощью расчетной формулы, “Правила смешения”, “Правила креста”, графического метода, алгебраического метода. Приведены примеры решения задач.

1. Основные химические понятия

Приведем некоторые указания к решению задач на растворы.

Основными компонентами этого типа задач являются:

а) массовая доля растворенного вещества в растворе;

б) масса растворенного вещества в растворе;

а) все получившиеся смеси и сплавы являются однородными;

б) смешивание различных растворов происходит мгновенно;

в) объем смеси равен сумме объемов смешиваемых растворов;

г) объемы растворов и массы сплавов не могут быть отрицательными.

Определения и обозначения.

где — массовая доля растворенного вещества в растворе;

— масса растворенного вещества в растворе;

— масса раствора.

Следствия формулы (1):

— массовая доля растворенного вещества в первом растворе;

— массовая доля растворенного вещества во втором растворе;

— массовая доля растворенного вещества в новом растворе, полученном при смешивании первого и второго растворов;

Основными методами решения задач на смешивание растворов являются: с помощью расчетной формулы, “Правило смешения”, “Правило креста”, графический метод, алгебраический метод.

Приведем описание указанных методов.

1.1. С помощью расчетной формулы

В наших обозначениях, получим формулу для вычисления массовой доли вещества (?) в смеси.

1. Масса полученного при смешивании раствора равна:

2. Определим массы растворенных веществ в первом и втором растворах:

m₁(в-ва)= •m₁(р-ра), m₂(в-ва)= •m₂(р-ра).

3. Следовательно, масса растворенного вещества в полученном растворе вычисляется как сумма масс веществ в исходных растворах:

m(в-ва) = m₁(в-ва) + m₂(в-ва) = •m₁(р-ра) + •m₂(р-ра).

4. Таким образом, массовая доля растворенного вещества в полученном растворе равна:

где — массы соответствующих растворов.

Замечание: При решении задач удобно составлять следующую таблицу.

Смесь двух растворов

Массовая доля растворенного вещества

Масса вещества в растворе

(m₁ + m₂)

1.2. “Правило смешения”

Воспользуемся формулой (4):

тогда

Отсюда

Таким образом, отношение массы первого раствора к массе второго равно отношению разности массовых долей смеси и второго раствора к разности массовых долей первого раствора и смеси.

Аналогично получаем, что при

Замечание: Формула (5) удобна тем, что на практике, как правило, массы веществ не отвешиваются, а берутся в определенном отношении.

“Правилом креста” называют диагональную схему правила смешения для случаев с двумя растворами.

1.4. Графический метод

Отрезок прямой (основание графика) представляет собой массу смеси, а на осях ординат откладывают точки, соответствующие массовым долям растворенного вещества в исходных растворах. Соединив прямой точки на осях ординат, получают прямую, которая отображает функциональную зависимость массовой доли растворенного вещества в смеси от массы смешанных растворов в обратной пропорциональной зависимости

Полученная функциональная прямая позволяет решать задачи по определению массы смешанных растворов и обратные, по массе смешанных растворов находить массовую долю полученной смеси.

Замечание: Данный способ является наглядным и дает приближенное решение. При использовании миллиметровой бумаги можно получить достаточно точный ответ.

1.5. Алгебраический метод

Задачи на смешивание растворов решают с помощью составления уравнения или системы уравнений.

2. Примеры решения задач

В 100 г 20%-ного раствора соли добавили 300 г её 10%-ного раствора. Определите процентную концентрацию раствора.

а) в 100 г 20%-ного раствора; [100•0,2 = 20(г)]

б) в 300 г 10%-ного раствора? [300•0,1 = 30(г)]

100 г + 300 г = 400 г

0,2•100 + 0,1•300 = х•(100 + 300);

Смешали 10%-ный и 25%-ный растворы соли и получили 3 кг 20%-ного раствора. Какое количество каждого раствора в килограммах было использовано?

а) C помощью уравнения:

0,1•х (кг) содержится соли в 1-ом растворе,

0,25•(3-х) (кг) содержится соли в 2-ом растворе,

0,2•3 (кг) содержится соли в смеси.

Учитывая, что масса соли в 1-ом и 2-ом растворах равна массе соли в смеси, составим и решим уравнение:

х = 1, 1кг-масса 1-го раствора

б) С помощью системы уравнений

Составим диагональную схему

Сосуд емкостью 5 л содержит 2 л р%-ного (по объёму) раствора соли. Сколько литров 20%-ного раствора такой же соли надо налить в сосуд, чтобы процентное содержание соли в сосуде стало наибольшим?

Решение (графический способ)

Источник

Основные свойства газовых смесей

В технике очень часто приходится иметь дело с газообразными веществами, представляющими механическую смесь отдельных газов, например, доменный и светильный газ, отходящие газы из котельных установок, двигателей внутреннего сгорания, реактивных двигателей и других тепловых установок. Воздух также представляет собой газовую смесь, состоящую из азота, кислорода, углекислого газа, водяных паров и одноатомных газов. Поэтому для решения практических задач необходимо уметь определять основные параметры газовой смеси: газовую постоянную, среднюю молекулярную массу, парциальные давления и др.

Под газовой смесью понимается механическая смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ в смеси, независимо от других газов, полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси. Молекулы газа создают давление на стенки сосуда, которое называется парциальным (частичным). Будем считать, что каждый отдельный газ, входящий в смесь, подчиняется уравнению состояния Клапейрона, т. е. является идеальным газом.

Газовая смесь идеальных газов подчиняется закону Дальтона, который гласит: общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь:

(3-1)

Парциальным давлением называют такое, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.

Параметры газовой смеси могут быть вычислены по уравнению Клапейрона

где все величины, входящие в уравнение относятся к смеси газов.

Таким образом, задачей расчета газовой смеси является определение на основании заданного состава смеси средней молекулярной массы, или газовой постоянной, смеси газов, после чего получение всех остальных параметров можно произвести по уравнению состояния для смеси.

Дополнительно часто требуется также определение и парциальных давлений газов, входящих в смесь.

При дальнейшем изложении этой главы все величины без значков будем относить к газовым смесям, а величины со значками — к отдельным газам.

Способы задания смеси газов. Газовая смесь может быть задана массовыми, объемными и мольными долями.

Массовой долей называют отношение массы каждого газа к общей массе смеси:

т—масса всей смеси. Сумма массовых долей равна единице:

Сумма масс всех газов равна массе смеси:

Объемной долейназывают отношение парциального (приведенного) объема каждого газа к общему объему смеси газов:

каждого газа; V — объем смеси газов.

Парциальным объемом газа называют объем, который занимал бы этот газ, если бы его температура и давление равнялись температуре и давлению смеси газов.

Парциальный объем каждого газа можно определить по закону Бойля — Мариотта. При постоянной температуре имеем

Сложив полученные уравнения, будем иметь

Сумма парциальных объемов газов, составляющих смесь, равна объему смеси газов.

Сумма объемных долей равна единице:

Задание смеси мольными долями равнозначно заданию ее объемными долями.

Действительно, если мольной долей назвать отношение числа киломолей каждого газа (М_i) к числу киломолей смеси газов (М), то, учитывая, что

Из закона Авогадро следует, что при одинаковых давлениях и температурах

Тогда окончательно

Соотношения между массовыми и объемными долями. Между удельными объемами, плотностями, молекулярными массами и газовыми постоянными какого-нибудь газа и всей смеси в целом на основании закона Авогадро и уравнения Клапейрона — Менделеева существует следующая зависимость:

(3-2)

где р_i — плотность каждого газа; ρ — плотность смеси газов; μi — молекулярная масса каждого газа; μ — молекулярная масса смеси газов.

Можно записать также, что

Последние два соотношения позволяют составить несколько уравнений, связывающих массовые и объемные доли:

(3-2′)

(3-2″)

Источник

2.2. Свойства газовых смесей.

При рассмотрении смесей газов добавляются понятия: «концентрация» и «парциальное давление».

1. Весовая концентрация С_i i–го газа, входящего в состав смеси, – это отношение его массы M_i к массе всей смеси:

, (2.13)

где: ,N – количество газов.

2. Молярная концентрация (х_i) i–го газа называется отношение числа молей этого газа к числу молей всех газов в смеси:

, (2.14)

Например, рассмотрим реакцию стехиометрической смеси водорода и кислорода: 2H₂+O₂=2H₂O.

Здесь участвуют 2 моля Н₂ и 1 моль О₂. Всего 2 + 1 = 3 моля смеси.

Тогда: ;.

3. Парциальные давление и объем.

Давление – это сила, действующая на единицу поверхности. Оно прямо пропорционально числу молекул, сталкивающихся с этой поверхностью. Давление зависит не только от числа молекул, но и от скорости их движения, зависящей от температуры.

Если имеется смесь газов, то парциальным давлением Pi i – го газа на-зывается давление, при котором находился бы этот газ, если бы из смеси бы-ли удалены остальные газы, а объем и температура остались прежними.

, (2.15)

где: T и V – температура и объем смеси.

По закону Дальтона: давление смеси газов равно сумме их парциаль-ных давлений.

Парциальным объемом V_i i–го газа в смеси называется тот объем, кото-рый имел бы этот газа, а все остальные удалены:

, (2.16)

По закону Амаго: объем смеси идеальных газов равен сумме их парци-альных объемов. Парциальный объем газа V_i равен произведению объема смеси на молекулярную концентрацию газа:

. (2.17)

Например: в стехиометрической смеси водорода с кислородом по реак-ции 2H₂+O₂=2H₂O:

, .

2.3. Свойства жидкостей.

До сих пор мы рассматривали газы. Но одно и то же вещество в зави-симости от соотношения между средней кинетической и средней потенци-альной энергиями частиц может находиться в одном из трех агрегатных со-стояниях: твердом, жидком или газообразном.

Это соотношение энергий определяется внешними условиями – темпе-ратурой и давлением. Условия перехода газа в жидкость определяются изо-термами состояния вещества. Изотермой называется кривая зависимости объема газа от давления при постоянной температуре.

Рассмотрим пример (рис. 2):

Рис. 2. Изотермы газа при темпера-турах Т₁ T_КР не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Значения P_КР, V_КР, T_КР называются критическими параметрами газа.

Таким образом, жидкости имеют две фазы: жидкое и парообразное. Ис-парение – это процесс, происходящий с поверхности жидкости. Испарение объясняется вылетом с поверхностного слоя жидкости молекул, обладающих наибольшей скоростью и энергией. Так что в результате испарения жидкость охлаждается.

Следовательно, испарение – это эндотермический процесс высвобож-дения теплоты испарения. Естественно, если испаряется жидкость с какой-то поверхности, то охлаждается и эта поверхность.

Данное свойство жидкости используется, например, при тушении по-жаров водой: резкое испарение воды охлаждает зону горения.

Кстати, наш организм при жаркой погоде выделяет пот. Какой его смысл? А смысл в том, что при испарении пота охлаждается кожа человека, и он не перегревается.

Испарение происходит при любой температуре и возрастает при ее по-вышении до появления кипения. При температуре кипения интенсивное ис-парение происходит не только с ее поверхности, но и во всем объеме жидко-сти с образованием пузырьков пара. При этом эффект охлаждения резко воз-растает.

Если кипение происходит при постоянном давлении, то температура жидкости остается постоянной, т.к. все подводимое тепло тратиться полно-стью на парообразование (рис. 4).

Рис. 4. Термограмма нагрева жид-кости при P = const: Т_кип – темпера-тура кипения.

С повышением давления в закрытом сосуде температура кипения воз-растает. Например, Т_КИП воды равно 100 0 С при P=101,3 кПа и Т_КИП=189 0 С при P=1013 кПа (10 атм). Такая ситуация наблюдается, в частности, в паро-вых котлах, где существует вода в жидком виде при температуре выше 100 0 С (это так называемая перегретая вода), либо в кастрюле-скороварке (при Р_ИЗБ=0,2 атм, Т_КИП=120 0 С).

Если прекратить нагрев и расходовать пар, то кипение продолжается до снижения температуры до 100 0 С и атмосферного давления. Если же резко сбросить давление (например, при лопнувшей трубе котла), то перегретая во-да мгновенно превращается в пар с резким скачком его давления и взрывом. Напротив, в условиях пониженного давления атмосферы температура кипе-ния снижается. Это повышает взрывоопасность горючих жидкостей, из-за повышения интенсивности испарения и создания взрывоопасных концентра-ций паров.

Каждой температуре жидкости соответствует свое максимально воз-можное количество пара над жидкостью. Это так называемый насыщенный пар, т.е. пар, находящийся в равновесии с жидкостью. Давление такого пара называется упругостью насыщенного пара. Упругость насыщенного пара – это максимально возможное количество пара в воздухе над жидкостью при данной температуре, т.е. максимальное парциальное давление. При более вы-соком содержании пар начинает конденсироваться.

С повышением температуры упругость пара возрастает. Например, для водяных паров при 0 0 С она равна 611 Па, или 0,6 %, при 20 0 С – 2,3%, при температуре кипения 100 0 С – 100% (рис. 5).

Рис. 5. Диаграмма упругости

Зависимость давления насыщенного пара Р_н от температуры жидкости Т_ж рассчитывается по уравнению Антуана:

где: А, В, С – термодинамические константы.

Это уравнение используется для оценки условий взрываемости паро-воздушных смесей.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Вязкость газовых смесей не может вычисляться с помощью правила аддитивности на основе соответственных величин для чистых газов. [2]

Вязкость газовых смесей не может вычисляться с помощью правила аддитивности на основе соответственных величин для чистых газов. [5]

Вязкость газовых смесей не подчиняется простому правилу смешения, особенно при высоком содержании водорода и углеводородов. Кинематическая вязкость азота, окиси углерода, кислорода и метана практически одинакова, и эти газы могут быть объединены в одну группу. [6]

Вязкость газовых смесей не подчиняется правилу смешения, в особенности при высоком содержании углеводородов. [8]

Вязкость газовых смесей не подчиняется простому правилу смешения, особенно при высоком содержании в смеси водорода. [9]

Вязкость газовых смесей может быть вычислена различными способами. [11]

Вязкость газовых смесей не подчиняется простому правилу смешения, особенно при высоком содержании водорода и углеводородов. Кинематическая вязкость азота, окиси углерода, кислорода и метана практически одинакова, и эти газы могут быть объединены в одну группу. [12]

Вязкость газовых смесей не подчиняется правилу смешения, особенно при высоком содержании углеводородов. [13]

Вязкость газовых смесей не подчиняется простому правилу смешения, особенно при высоком содержании в смеси водорода. [14]

Вязкость газовых смесей не подчиняется закону адитивности ( правилу смешения), в особенности при высоком содержании углеводородов, поэтому для определения вязкости газообразных смесей существуют эмпирические формулы. [15]

Источник