Файл: Амиян, В. А. Добыча газа [учеб. пособие].pdf

Определение молекулярной формулы газа

Определив молекулярный вес газа по его плотности, можно найти молекулярную формулу вещества.

Пример 1. Определить, сколько атомов содержится в молекуле азота, т. е. какова молекулярная формула этого газа.

Вес 1 л азота р = 1,25 г. Отсюда вес грамм-молекулы азота = 22,4-1,25 = = 28 г. Молекулярный вес азота, следовательно, 28. Так как атомный вес его 14, то молекула азота состоит из двух атомов, т. е. химическая формула этого газа Na.

Пример 2. Найти молекулярную формулу гелия.

При нормальных условиях 1 л гелия весит 0,18 г. Грамм-молекулярный вес гелия, следовательно, равен 22,4-0,18 = 4 г. Так как атомный вес гелия равен 4, значит, молекулы гелия одноатомны и молекулярная формула его Не.

Пример 3. Найти молекулярную формулу углекислого газа.

Для нахождения молекулярной формулы сложного газообразного вещества

а'32 — это удвоенный атомный вес кислорода. Следовательно, в состав молекулы углекислого газа входит 1 атом углерода и 2 атома кислорода, т. е. формула его СОа.

Подобным способом можно найти молекулярную формулу любого газообразного вещества или вещества, переходящего при нагревании без разложения в парообразное состояние.

Вычисление молекулярного веса вещества

Молекулы веществ состоят из атомов. Отсюда следует, что вес молекулы равен сумме весов атомов, составляющих молекулу ве­ щества.

Зная атомные веса элементов, можно вычислить молекулярный вес вещества по его химической формуле. Например, надо вычислить' молекулярный вес фосфорной кислоты Н3РО4.

Вес трех атомов водорода равен 1-3 = 3; вес одного атома фос­ фора равен 31-1 = 31; вес четырех атомов кислорода равен 16*-4 =

Чтобы вычислить молекулярный вес вещества по его химической формуле, надо атомные веса образующих вещество элементов умно­ жить на соответствующие индексы в формуле вещества и полученные произведения сложить.

* В новой углеродной шкале атомный вес природного кислорода равен

15,9994.

28

§ 11. ПЛОТНОСТЬ И УДЕЛЬНЫЙ ВЕС

Если взять различные вещества и изготовить тела объемом по 1 см3, то мы увидим, что свинцовое тело будет иметь массу 11,3 г, железное — 7,8 г, дюралюминиевое — 2,7 г, дубовое — 0,9 г, пробко­ вое — 0,24 г. Объемы этих тел одинаковы (по 1 см3), а массы веществ разные. Для различия массы веществ, имеющих одинаковый объем, введено понятие плотности вещества.

Величина, измеряемая отношением массы вещества к занимаемому объему, называется плотностью вещества.

Разделив массу тела на его объем, получим плотность вещества:

т

Р = ~у~ •

Полагая в этой формуле V = 1, получим р = т. Из этого сле­ дует, что плотность вещества численно равна массе вещества, содер­ жащейся в единице объема.

так как при увеличении числителя и знаменателя дроби в 1000 раз величина дроби не изменится.

Тогда можно сказать, что плотность железа равна 7,8 г/см3, или 7,8 кг/дм3, или 7,8 т/м3. Предположим, нужно определить плот­ ность меди. При помощи измерений мы нашли, что кусочек меди имеет массу 89 г, а объем 10 см3. Плотность меди

Истинным удельным весом газа называется истинный вес еди­

Удельный объем v — это объем единицы весового количества вещества, например, объем в 1 кг газа

V

Размерность удельного веса в технической системе единиц — кгс/м3; в физической системе единиц — дин/см3, или г/см5-с2.

Заметим, что 1 кгс = 981 000 дин.

Для перехода от физической системы единиц к технической (или обратно) служит формула

Утехн ~ 1 ^^Уфиз-

Единицей удельного веса в системе СИ служит 1 н/м3= 0,102 кгс/м3.

29

В расчетах вместо истинного удельного веса более удобно брать относительный удельный вес газа уотн по воздуху, который полу­ чается делением удельного веса газа уг на удельный вес воздуха ув, взятого при тех же давлении и температуре:

In

Y oth

Yb

Удельный вес воздуха при 0° С и 760 мм рт. ст. равен 1,293 кгс/см3. Удельный вес газа часто называют весовой плотностью. Кроме понятия удельного веса, употребляют величину массовой плотности р (для краткости массовую плотность будем называть просто плот­

ностью).

Рис. 5. Пикнометры газовые.

Соотношение между плотностью и удельным весом:

где g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2, или 981 см/с2. Размерность плотности в технической системе единиц кгс-с2/м4.

Например, плотность воздуха при 0° С и 760 мм рт. ст.

Рв= g2g9p- = 0,132 кгс-с2/м4.

В физической системе единиц размерность плотности г/см3, или дин -с2/см4.

Для перехода от технической системы единиц к физической (или обратно) служит формула

Ртехн = 1 ДЗрфнз-

Единицей плотности в системе СИ будет 1 кг/м3.

Удельный вес и плотность газа приводятся к условиям, когда давление и температура равны соответственно 760 мм рт. ст. и 0° С или 760 мм рт. ст. и 20° С.

30

Плотность (масса 1 л) газа можно определить различными мето­ дами. В лабораторной практике для этой цели чаще всего пользуются методом взвешивания, позволяющим определить массу газа с боль­ шой точностью, и методом истечения, менее точным, но вполне пригодным длч технических анализов.

Определение веса 1 л газа методом взвешивания. Для определения веса 1 л газа требуются газовая бюретка (емкостью 200 мл) с ртут­ ным затвором, пикнометр и аналитические весы.

Пикнометры, применяемые для взвешивания газа, представлены

сисследуемым газом, поворотом крана соединяют емкость с трубкой 1

инабирают газ в таком количестве, чтобы уровень воды в трубке 1 опустился за нижнюю метку. Поворотом крана 3 соединяют трубку 1

сотверстием в платиновой пластинке и выпускают весь газ через это отверстие. Эту операцию повторяют несколько раз, чтобы уда­ лить из прибора воздух или газ, оставшийся от предыдущего опре­ деления. После этого набирают газ, берут секундомер и поворотом крана 3 соединяют трубку 1 с отверстием в платиновой пластинке.

31

В момент прохождения уровня воды через метку на нижней сужен­ ной части трубки 1 включают секундомер; в момент прохождения уровня воды через метку на верхней суженной части трубки 1 секун­ домер выключают. Определение повторяют несколько раз.

Таким же образом проводят несколько повторных определений и с воздухом.

Относительный удельный вес газа вычисляют по формуле

72

= YoTH^I

где х — вес 1 л газа при температуре опыта в г; b — вес 1 л воздуха при температуре опыта в г.

При проведении опытов необходимо следить за чистотой прибора и особенно платиновой пластинки, так как загрязнение отверстия приводит к грубым ошибкам. При определении времени истечения трубка 1 должна сообщаться с внешним воздухом только через отвер­

по компонентам (в объемных процентах), можно вычислить вес 1 л этого газа. Вычисляют вес каждого компонента по уравнению

аЬ

где х — вес компонента в г; я — содержание компонента в 1 л газа

32