как узнать массу газа
Калькулятор расчета молярной массы газа
Молярная масса — это масса одного моля любого химического вещества. Данный термин является ключевым в учебных вычислениях, поэтому калькулятор молярной массы газа наверняка пригодится школьникам и студентам.
Количество вещества и его масса
В химии количество вещества вычисляется в молях. 1 моль абсолютно любого вещества включает в себя ровно 6,02·10^23 структурных единиц. Это число было предсказано в 1811 году Амадео Авогадро и определено как количество атомов, которые содержатся в 12 г чистого углерода. Сам итальянский химик не имел понятия даже о порядке этого числа, и знал только, что оно невообразимо большое. Численно это значение было подсчитано в 1908 году австрийским физиком Иоганном Лошмидтом, но и через сотню лет химики периодически уточняют значение числа Авогадро.
Молярная масса — масса 1 моля химического вещества, которую легко подсчитать при помощи периодической таблицы. Для простого расчета требуется найти атомные массы элементов, входящих в состав соединения. Например, 1 моль простого вещества углерода имеет массу 12 г, а 1 моль сложного этанола — 46,07 г. Соответственно, 2 моля этих веществ будут иметь массу 24 г и 92,14 г. Для газообразных веществ понятие моля характеризуется одной существенной особенностью: 1 моль любого газа при нормальных условиях имеет один и тот же объем в размере 22,4 литра. Нормальными условиями считаются температура 0 градусов Цельсия и давление 1 атмосфера.
Молярный объем и молярная масса газа
Не сразу понятно, почему объем 1 моля любого газа при нормальных условиях всегда одинаков, ведь газы имеют разную массу. Сложно сравнить одноатомный гелий с химической формулой He и, например, иприт, формула которого выглядит как C₄H₈Cl₂S. Как такие разные газы могут занимать одинаковый объем? Дело в том, что абсолютно все газы можно представить в виде математической модели идеального газа, в которой расстояние между атомами и молекулами не учитывается.
Вся суть в крайне слабой связи структурных единиц, поэтому модель идеального газа пренебрегает размерами молекул. Таким образом, для подсчета объема газа важно именно количество молекул, а не их размер, а в одном моле любого вещества всегда присутствует одно и то же количество. Понимая, что газы имеют одинаковое количество вещества при одинаковой температуре и давлении становится понятно, что и объем газов будет также одинаков.
Зная объем газа легко определить его количество вещества по простой формуле:
где n — количество вещества, а V — объем газообразного вещества при нормальных условиях.
Например, зная, что 0,5 грамма некоторого газа в нормальных условиях занимает объем в размере 1 л, то понятно, что n = 1 / 22,4 = 0,0446 моль. Следовательно, молярная масса такого газа составит 0,5 / 0,0446 = 11,21 г/моль.
Обычно требуется определить молярную массу газа в произвольных, а не нормальных условиях. Для таких вычислений используется уравнение Менделеева-Клапейрона, из которого выделяется молярная масса:
Зная значения массы, температуры, давления и объема газа, легко определить его молярную массу. Обычно в уравнение идеального газа давление подставляется в паскалях, температура — в Кельвинах, а объем — в литрах. В этом случае газовая постоянная R = 8,31 Дж/Моль × К. Для удобства использования более привычных градусов Цельсия и атмосфер в калькулятор заложено пересчитанное значение универсальной газовой постоянной.
Для использования калькулятора вам требуется знать всего 4 величины.
Рассмотрим небольшой пример
Вычисление молярной массы в произвольных условиях
Определим молярную массу газа, 0,625 грамм которого занимают 300 кубических сантиметров при температуре 25 градусов Цельсия и давлении в 2 атмосферы. Введем данные в соответствующие ячейки и получим, что молярная масса газа равна 25,47 г/моль.
Вычисление молярной массы при нормальных условиях
Давайте проверим вычисления, которые мы приводили выше для газа массой 0,5 грамм и объемом 1 л. Переведем литры в кубические сантиметры и заполним соответствующие ячейки с учетом нормальных условий (P = 1, C = 0). Напомним, что в одном литре содержится 1 000 кубических сантиметров. В итоге получим, что молярная масса такого газа равна 11,2008 г/моль, что практически полностью совпадает с предыдущим результатом. Такой расчет даже точнее, чем грубая оценка молярной массы через объем газа.
Заключение
Молярная масса газа — важная величина, без которой не обходятся никакие химические расчеты газообразных веществ. Наш калькулятор пригодится школьникам и студентам младших курсов для решения задач по элементарной химии.
Как найти массу газа в баллоне?
Пользователи
Есть баллон с метаном, объемом 210 литров, с давлением 24,5 МПа! Какая масса газа уместиться в такой баллон? Желательно с формулами и пояснениями к ним
Модераторы
Есть баллон с метаном, объемом 210 литров, с давлением 24,5 МПа! Какая масса газа уместиться в такой баллон? Желательно с формулами и пояснениями к ним
Вот вам формула с пояснениями:
Как видите, нужно ещё знать температуру. Чем больше температура, тем меньше масса газа.
Подставляете числа в формулу и считаете.
Пользователи
Есть баллон с метаном, объемом 210 литров, с давлением 24,5 МПа! Какая масса газа уместиться в такой баллон? Желательно с формулами и пояснениями к ним
Вот вам формула с пояснениями:
Как видите, нужно ещё знать температуру. Чем больше температура, тем меньше масса газа.
Подставляете числа в формулу и считаете.
А в каких единицах измерения подставлять значения.
Модераторы
А в каких единицах измерения подставлять значения.
\(T=293\;K\) (нормальная комнатная температура).
Пользователи
А в каких единицах измерения подставлять значения.
\(T=293\;K\) (нормальная комнатная температура).
Огромное спасибо за помощь
Пользователи
zam, тут давление больно высокое.
Плохо помню какие есть методы исследовани я веществ в критическом состоянии и как они себя видут, но думается там уже будет жидкость, а не пар.
Относительный удельный вес жидкого метана 0,555
210 Л *0,555= 116,55 кг.
Модераторы
но думается там уже будет жидкость, а не пар.
В задании сказано: «Какая масса газа. ».
Пользователи
но думается там уже будет жидкость, а не пар.
В задании сказано: «Какая масса газа. ».
Так Вы фразу целиком читайте. «Какая масса газа уместиться в такой баллон?»
Это не значит, что газ в болоне, это значит что закачиваем мы газ. А балон такой что сжимает газ до жидкого состояния.
Молярная масса газа
Молярная масса газа
Молярную массу обычно выражают в г/моль, реже в кг/кмоль. Поскольку в одном моле любого вещества содержится одинаковое число структурных единиц, то молярная масса вещества пропорциональная массе соответствующей структурной единицы, т.е. относительной атомной массе данного вещества (Mr):
где κ – коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех веществ. Относительная молекулярная масса – величина безразмерная. Её вычисляют, используя относительные атомные массы химических элементов, указанных в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Молекулярную массу вещества в газообразном состоянии можно определить, используя понятие о его молярном объеме. Для этого находят объем, занимаемый при нормальных условиях определенной массой данного вещества, а затем вычисляют массу 22,4 л этого вещества при тех же условиях.
Для достижения данной цели (вычисление молярной массы) возможно использование уравнения состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):
где p – давление газа (Па), V – объем газа (м 3 ), m – масса вещества (г), M – молярная масса вещества (г/моль), Т – абсолютная температура (К), R – универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж/(моль×К).
Молярную массу газа можно рассчитать, как произведение его плотности по отношению к любому другому газу на молекулярную массу последнего. Под плотностью понимают отношение массу определенного объема данного газа к массе такого же объема другого газа (при одинаковых температуре и давлении), молекулярная масса которого известна.
Примеры решения задач
| Задание | Вычислите, какой объём кислорода (н.у.) выделится при разложении 237 г перманганата калия? |
| Решение | Запишем уравнение разложения перманганата калия: |
Вычислим количество вещества перманганата калия по формуле:
Для этого необходимо указать молярную массу перманганата калия(значение относительной атомной массы, взятое из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целого числа). Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):
M(KMnO4) = Ar(K) + Ar(Mn) + 4×Ar(O) = 39 + 55 + 4×16 = 94 + 64 = 158 г/моль.
Тогда, количество вещества перманганата калия будет равно:
n(KMnO4)= 237/ 158 = 1,5 моль.
Согласно уравнению реакции n(O2) :n(KMnO4) = 1 : 2, значит:
Найдем молярную массу молекулярного кислорода (допущение, указанное при расчете молярной массы кислорода действительно и в данном случае):
M(O2) = 2×Ar(O) = 2×16 = 32 г/моль.
Определим объем выделившегося кислорода:
| Задание | Вычислите, какая масса оксида серебра (I) разложилась, если в ходе реакции образовалось металлическое серебро и выделился кислород объемом 5,6 л кислорода (н.у.)? |
| Решение | Запишем уравнение реакции разложения оксида серебра (I): |
Вычислим количество вещества кислорода по формуле:
n (O2) = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль.
Согласно уравнению реакции n(O2) :n(Ag2O) = 1 : 2, значит:
n(Ag2O) = 2 × n(O2) = 2 × 0,25 = 0,5 моль.
Найдем молярную массу оксида серебра (I)(значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):
M(Ag2O) = 2×Ar(Ag) + Ar(O) = 2×108 + 16 = 216 + 16 = 232 г/моль.
Определение молекулярного веса газообразных веществ
Что такое определение молекулярного веса газообразных веществ
На законе Авогадро основан важнейший метод определения молекулярных весов газообразных веществ. Но прежде чем говорит об этом методе, следует напомнить, в каких единицах выражаются молекулярные и атомные веса.
При вычислениях атомных весов первоначально принимали за единицу вес атома водорода, как самого легкого элемента, и по отношению к нему вычисляли атомные веса других элементов. Но так как для большинства элементов атомные веса определяются из их кислородных соединений, то фактически вычисления производились по отношению к атомному весу кислорода, который считался равным 16.
Отношение между атомными весами кислорода и водорода принималось равным 16:1. В последствии более точные исследования показали, что это отношение равно 15,88 : 1, или 16 : 1,008. Следовательно, если считать атомный вес водорода равным 1, атомный вес кислорода будет 15,88. Из практических соображений было решено оставить для кислорода атомный вес 16, приняв для водорода атомный вес 1,008.
Таким образом, в настоящее время единицей веса атомов является 1/16часть веса атома кислорода. Эта единица получила название«кислородной един ицы». Вес атома водорода равен 1,008 кислородной единицы, вес атома серы — 32,06 кислородной единицы и т, д.
Атомным весом элемента называется вес его атома, выраженный в кислородных единицах.
Так как вес молекулы любого вещества равен сумме весов образующих ее атомов, то понятно, что молекулярные веса должны выражаться в тех же единицах, что и атомные веса. Например, вес молекулы водорода, состоящей из двух атомов, равен 2,016 кислородной единицы; вес молекулы кислорода, также состоящей из двух атомов, равен 32 кислородным единицам; вес молекулы воды, содержащей два атома водорода и один атом кислорода, равен 16 + 2,016=18,016 кислородной единицы и т. д.
Молекулярным весом простого или сложного вещества называется вес его молекулы, выраженный в кислородных единицах.
Посмотрим теперь, как определяются молекулярные веса газообразных веществ.
По закону Авогадро, равные объемы газов, взятых при одинаковом давлении и одинаковой температуре, содержат равное число молекул. Отсюда следует, что веса равных объемов двух газов должны относиться друг к другу, как их молекулярные веса.
Возьмем например, по одному литру двух различных газов. Пусть в каждом из них содержится по N молекул. Обозначим вес литра первого газа через g, а второго через g1. Молекулярные веса газов обозначим соответственно через М и M1. Так как вес литра газа равен сумме весов находящихся в нем молекул, то
g = N • M и g1 = N • M1
Разделив первое равенство на второе, получим: (1)
Отношение веса данного газа к весу того же объема другого газа, взятого при той же температуре и том же давлении, называется плотностью первого газа по второму. Например, 1 л углекислого газа весит 1,98 г, а 1 л водорода при тех же условиях 0,09 г, откуда плотность углекислого газа по водороду будет 1,98:0,09 = 22.
Обозначив плотность газа буквой D, перепишем уравнение (1):
откуда
Молекулярный вес газа равен его плотности по отношению к другому газу, умноженной на молекулярный вес второго газа.
Очень часто плотности различных газов определяют по отношению к водороду как самому легкому из всех тазов. Так как молекулярный вес самого водорода равен 2,016, то в этом случае формула для расчета молекулярных весов принимает вид:
или, если округлить молекулярный вес водорода до 2:
Вычисляя, например, по этой формуле молекулярный вес углекислого газа, плотность которого по водороду, как указано выше, равняется 22, находим:
Нередко также вычисляют молекулярный вес газа, исходя из его плотности по воздуху. Хотя воздух представляет собой смесь нескольких газов, все же мы можем говорить о среднем молекулярном весе воздуха, определяемом из плотности воздуха по водороду. Найденный таким путем молекулярный вес воздуха равен 29.
Обозначив плотность исследуемого газа по воздуху через D1 получим следующую формулу для вычисления молекулярных весов:
Число 29 полезно запомнить, так как его часто применяют при расчетах.
Практически определение молекулярного веса сводится к измерению веса и объема некоторого количества исследуемого газа и последующему вычислению его плотности, после чего молекулярный вес находят прямо по формуле.
Плотность газа может быть вычислена по отношению к любому другому газу, молекулярный вес которого и вес единицы объема известны. Но так как в справочниках указываются веса газов при нормальных условиях, а на опыте обычно приходится измерять вес и объем исследуемого газа при других условиях, то для вычисления плотности газа нужно предварительно привести измеренный объем газа к нормальным условиям (0° и 760 мм давления).
где р и υ — соответственно давление и объем газа в условиях опыта; Р0-нормальное давление; υ0— объем газа при нормальных условиях; Т — абсолютная температура газа.
Определяя из этого уравнения υ0, получаем формулу для вычисления объема газа при 0° и 760 мм давления:
Пример расчета молекулярного веса
Из опыта найдено, что 380 мл газа при температуре 27° и давлении 800 мм рт. ст. весят 0,455 г. Определить молекулярный вес газа, если известно, что 1 л воздуха при нормальных условиях весит 1,293 г.
Приводим найденный объем газа к нормальным условиям. Получаем:
Определяем теперь вес 1 л этого газа (g) при нормальных условиях:
Так как 1 л воздуха весит 1,293 г, то плотность нашего газа по воздуху
а молекулярный вес
Заметим, что для определения молекулярного веса газа указанным способом совершенно не требуется знать химический состав газа, надо знать только его плотность.
Статья на тему Определение молекулярного веса
Объем, масса, плотность, удельный объем. Приведение к нормальным и стандартным условиям и пересчет
Приведение к нормальным и стандартным условиям
Единицей измерения объема газа является кубический метр (м³). Измеренный объем приводится к нормальным физическим условиям.
Нормальные физические условия: давление 101 325 Па, температура 273,16 К (0 °С).
Стандартные условия: давление 101 325 Па, температура 293,16 К (+20 °С).
В настоящее время эти обозначения выходят из употребления. Поэтому в дальнейшем следует указывать те условия, к которым относятся объемы и другие параметры газа. Если эти условия не указываются, то это значит, что параметры газа даны при 0 °С (273,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²). Иногда объем газа (особенно в иностранной литературе и нормах) при пользовании системой СИ приводится к 288,16 °К (+15 °С) и давлению 1 бар (105 Па).
Если известен объем газа при одних условиях, то пересчитать его в объемы при других условиях можно с помощью коэффициентов, приведенных следующей таблице.
Коэффициенты для пересчета объемов газа из одних условий в другие
| Температура и даление газа | 0 °С и 760 мм рт. ст. | 15 °С и 760 мм рт. ст. | 20 °С и 760 мм рт. ст. | 15 °С (288,16 °К) и 1 бар |
| 0 °С и 760 мм рт. ст. (норм. условия) | 1 | 1,055 | 1,073 | 1,069 |
| 15 °С и 760 мм рт. ст. (в зар. литературе) | 0,948 | 1 | 1,019 | 1,013 |
| 20 °С и 760 мм рт. ст. (ст. условия) | 0,932 | 0,983 | 1 | 0,966 |
| 15 °С (288,16 °К) и 1 бар (СИ) | 0,936 | 0,987 | 1,003 | 1 |
Для приведения объемов газа к 0 °С (273,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²), а также к 20 °С (293,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²) могут быть применены следующие формулы:
где V0 °С и 760 мм рт. ст. — объем газа при 0 °С и 760 мм рт. ст., м³;
V20° С и 760 мм рт. ст. — объем газа при 20 °С и 760 мм рт. ст., м³;
VP — объем газа в рабочих условиях, м³;
р — абсолютное давление газа в рабочих условиях, мм рт. ст.;
Т — абсолютная температура газа в рабочих условиях, °К.
Пересчет объемов газа, приведенных к 0 °С и 760 мм рт. ст., а также к 20 °С и 760 мм рт. ст., в объемы при других (рабочих) условиях можно производить по формулам:
Любой газ способен расширяться. Следовательно, знание объема, который занимает газ, недостаточно для определения его массы, так как в любом объеме, целиком заполненном газом, его масса может быть различной.
Масса — это мера вещества какого-либо тела (жидкости, газа) в состоянии покоя; скалярная величина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства тела. Единицы массы в СИ — килограмм (кг).
Плотность, или масса единицы объема, обозначаемая буквой p, — это отношение массы тела m, кг, к его объему, V, м³:
или с учетом химической формулы газа:
где M — молекулярная масса,
VМ — молярный объем.
Единица плотности в СИ — килограмм на кубический метр (кг/м³).
Зная состав газовой смеси и плотность ее компонентов, определяем по правилу смешения среднюю плотность смеси:
Величину, обратную плотности, называют удельным, или массовым, объемом (ν) и измеряют в кубических метрах на килограмм (м³/кг).
Как правило, на практике, чтобы показать, на сколько 1 м³ газа легче или тяжелее 1 м³ воздуха, используют понятие относительная плотность d, которая представляет собой отношение плотности газа к плотности воздуха:
Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Для получения информации об условиях сотрудничества, пожалуйста, обращайтесь к сотрудникам ГК «Газовик».
Бесплатная телефонная линия: 8-200-2000-230
© 2007–2021 ГК «Газовик». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.