Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
301Właściwościgazów
P1A.2OstatniedoniesieniaodmieszkańcówNeptunawskazują,że
używająoniskalitemperaturustalonejwpodobnysposóbjakskala
Celsjusza,aleopartejnatemperaturzetopnienia(00N)iwrzenia(1000N)
wodoru-najbardziejrozpowszechnionejunichsubstancji.Dalsze
informacjewskazują,żeNeptunianiemająwiedzęnatematzachowania
gazudoskonałegoitwierdzą,żewgranicyciśnieniazmierzającegodo
zerawartośćpVwynosi28dm3atmwtemp.00Ni40dm3atmw1000N.
Ilewynosiwartośćtemperaturyzeraabsolutnegowichskalitemperatur?
P1A.3Dlatlenuwtemp.273,15Kuzyskanonastępującwyniki:
platm
0,750000
0,500000
0,250000
Vml(dm3mol-1)
29,8649
44,8090
89,6384
ObliczmożliwienajdokładniejwartośćstałejgazowejR.
P1A.4PrawoCharlesaprzedstawiasięczasemwpostaciV=V
0(1+
oθ
),
gdzie
θ
jesttemperaturąwskaliCelsjusza,
o
-stałą,aV
0-objętością
próbkiwtemp.00C.Dlaazotuwtemp.00Cuzyskanonastępujące
wartości:
plTr
103
o
l0C-1
749,7
3,6717
599,6
3,6697
333,1
3,6665
98,6
3,6643
Oblicz,napodstawietychdanych,wartośćtemperaturyzera
bezwzględnegowskaliCelsjusza.
P1A.5Znajdźzależnośćmiędzyciśnieniemigęstościąρgazu
doskonałegoomasiemolowejM.Potwierdźgraficznie,wykorzystując
następującedanedlametoksymetanu(eterudimetylowego)wtemp.
250C,żepodniskimciśnieniemzachowujesięonjakgazdoskonały
orazobliczmasęmolowątegogazu.
plkPa
ρ
l(kgm-3)
12,223
25,20
0,225
0,456
36,97
60,37
0,664
1,062
85,23
101,3
1,468
1,734
P1A.6Masamolowanowozsyntezowanegoperfluorowanegowęglowodoru
zostałazmierzonaprzyużyciumikrowagigazowej.Tourządzenie
składasięzeszklanejbańki,którastanowijedenkoniecbelkiwagi,
awszystkoznajdujesięwzamkniętymzbiorniku.Belkatajestobrotowa,
arównowagęuzyskujesięprzezwzrostciśnieniawzbiorniku,który
zwiększasiłęwyporudziałającąnabańkę.Wjednymzeksperymentów
równowagazostałaosiągnięta,gdyciśnienietegoperfluorowęglowodoru
osiągnęłowartość327,10Tr.Dlatychsamychustawieńwagi
równowagęuzyskano,wprowadzającCHF3(M=70,014gmol-1)pod
ciśnieniem423,22Tr.Doświadczeniepowtórzonodlainnychustawień
zawieszeniabelkiwagiiuzyskanociśnienie293,22Trdlabadanego
perfluorowęglowodoruoraz427,22TrdlaCHF3.Ilewynosimasa
molowaperfluorowęglowodoru?Zaproponujjegowzórchemiczny.
P1A.7Termometropartynaprzemianieizochorycznejgazudoskonałego
wskazujeciśnienie6,69kPawpunkciepotrójnymwody(273,16K).
(a)Jakazmianaciśnieniawskazujenazmianętemperaturyo1,00K
wtychwarunkach?(b)Jakieciśnieniewskazujenatemperaturę
100,000C?(c)Jakazmianaciśnieniawskazujenazmianętemperatury
o1,00Kwwarunkachtejwyższejtemperatury?
P1A.8Pojemnikoobjętości22,4dm3zawierapoczątkowo2,0molH
2
i1,0molN
2wtemp.273,15K.Caływodórprzereagowałzodpowiednią
ilościąazotu,dającNH3.Obliczciśnieniacząstkowegazówiciśnienie
całkowitemieszaniny.
P1A.9Zanieczyszczeniepowietrzajestproblemem,któryspotykasię
zdużymzainteresowaniem,choćniewszystkiezanieczyszczeniamają
źródłaprzemysłowe.Erupcjewulkanicznemogąbyćznaczącymźródłem
zanieczyszczeńpowietrza.WulkanKilaueanaHawajachemituje
dziennie200-300tSO
2(1t=103kg).Jeślitemperaturaemitowanego
gazuwynosi8000C,aciśnienie1,0atm,tojakajestjegoobjętość?
P1A.10Ozonjestobecnywatmosferzewilościachśladowych,ale
odgrywaistotnąrolęwochronieZiemiprzedszkodliwymdziałaniem
promieniowanianadfioletowego.Jegozawartośćjestczęstopodawana
wjednostkachDobsona.Wyobraźsobiecylinderprzecinającycałą
atmosferę.CałkowitąilośćO
3wtymcylindrzepodzielonąprzezjego
poleprzekrojupoprzecznegopodajesięwjednostkachDobsona(DU),
przyczym1DU=0,4462mmolm-2.JakdużoO
3(wmolach)znajduje
sięwsłupieatmosferyopoluprzekrojupoprzecznego1,00dm2,
jeślizawartośćozonuwynosi250DU(typowawartośćdlaśrednich
szerokościgeograficznych)?Wantarktycznejdziurzeozonowej
pojawiającejsięsezonowozawartośćozonuspadaponiżej100DU.Ile
molicząsteczekO
3możnaznaleźćwsłupiepowietrzaopoluprzekroju
poprzecznego1,00dm2?Większośćozonuatmosferycznegoznajdujesię
nawysokościmiędzy10a50kmnadpowierzchniąZiemi.Jeślitenozon
jestrozprowadzonyjednorodniewtejczęściatmosfery,toilewynosi
średniestężeniemoloweodpowiadające(a)250DU,(b)100DU?
P1A.11‡Wpowszechnieużywanychmodelachatmosferyciśnienie
atmosferycznezmieniasięzwysokościąhzgodniezrównaniem
barometrycznym
p=p0e-h/H
wktórymp0jestciśnieniemnapoziomiemorza,aH-stałąrówną
ok.8km.DokładniejH=RT/(Mg),gdzieMjestśredniąmasąmolową
powietrza,aT-temperaturąnawysokościh.Tenwzórprzedstawia
wynikkonkurencjimiędzyenergiąpotencjalnącząsteczekwpolu
grawitacyjnymZiemiaefektemmieszaniawywołanegoruchem
termicznym.Wyznacztęzależnośćpokazując,żezmianaciśnienia
dpprzyinfinitezymalnejzmianiewysokościdhwynosidp=−
ρ
gdh
(gęstość
ρ
zależyodciśnienia).Wyznacz(a)różnicęciśnieńmiędzy
wierzchemadnemnaczynialaboratoryjnegoowysokości15cmoraz
(b)zewnętrzneciśnienieatmosferycznenatypowejwysokościprzelotowej
samolotów(11km),gdyciśnienienapoziomieziemiwynosi1,0atm.
P1A.12‡Balonysąwciążużywanedorozmieszczaniaczujników,które
monitorujązjawiskameteorologiczneichemięatmosfery.Możliwejest
przeanalizowanieniektórychsprawtechnicznychzwiązanychzlotami
balonowymiprzyużyciurównaniastanugazudoskonałego.Załóżmy,
żesferycznybalonmapromień3,0m.(a)JakalicznośćcząsteczekH
2
(wmolach)jestpotrzebnadonapełnieniategobalonu,abyuzyskać
wnimciśnienie1,0atmwtemperaturzepokojowej(250C)napoziomie
morza?(b)Jakąmasęładunkumożepodnieśćbalonnapoziomiemorza,
gdziegęstośćpowietrzawynosi1,22kgm-3?(c)Jakciężkibyłbyto
ładunek,gdybyzamiastH2użytoHe?
P1A.13‡Chlorofluorowęglowodory,takiejakCCl3FiCCl2F2,obwinia
sięozmniejszeniewarstwyozonowejnadAntarktydą.Wroku1994
tegazyzostałyznalezionewilościach261i509częścinabilion(1012)
wprzeliczeniunaobjętość(WorldResourcesInstitute,Worldresources,
1996−97).Obliczstężeniemolowetychgazówwwarunkachtypowych
dla(a)troposferynaśredniejszerokościgeograficznej(100Ci1,0atm)
oraz(b)stratosferynadAntarktydą(200Ki0,050atm).Wskazówka:
składmieszaninygazówmożnaopisać,zakładając,żegazysąoddzielone
odsiebieikażdyznichwywieratakiesamociśnienie.Gdyjedenzgazów
jestobecnywbardzomałejilości,częstopodajesięjegostężeniejako
nxczęścinabilionobjętościowo”
.Wtedyobjętośćtegooddzielonego
gazupodokreślonymciśnieniemwynosix.10-12pierwotnejobjętości
mieszaninygazówpodtymsamymciśnieniem.Wprzypadku
mieszaninygazówdoskonałychobjętośćkażdegooddzielonegogazu
jestproporcjonalnadojegociśnieniacząstkowegowmieszaninie,
azatemdolicznościcząsteczekgazuobecnychwmieszaninie.
P1A.14‡Atmosferanapoziomiemorzaskładasięwprzybliżeniu
z80%azotui20%tlenu(procentymasowe).Najakiejwysokości
powyżejpoziomumorzaatmosferazawiera90%azotui10%tlenu
(procentymasowe)?Załóż,żetemperaturaatmosferyjeststałaiwynosi
250C.Jakiejestciśnienieatmosferycznenatejwysokości.Wskazówka:
użyjrównaniabarometrycznego(patrzProblemP1A.11)dlakażdego
ciśnieniacząstkowego.
‡TeproblemyzostałyopracowaneprzezCharlesaTrappaiCarmen
Giunta.
