Gázhalmazállapot. Relatív sűrűség: A anyag B anyagra vonatkoztatott relatív sűrűsége: ρ rel = ρ A / ρ B = M A /M B (ρ: sűrűség, M: moláris tömeg)

Átírás

1 Gázhalmazállapot Ideális gáztörvény: pv = nrt p: nyomás [Pa]; V: térfogat [m 3 ]; n: anyagmennyiség [mol], R: egyetemes gázállandó (8.314 J/molK); T: hőmérséklet [K]. (vagy p: nyomás [kpa] és V: térfogat [dm 3 ]) Dalton törvénye gázkeverékekre: p összes = p 1 + p 2 + p p i P összes : a gázkeverék teljes nyomása; p i : a komponensek parciális nyomása bármilyen nyomásegységben Standardállapot: K (25 C), 101 kpa, moláris térfogat: 24,5 dm 3 Normálállapot: K (0 C), 101 kpa, moláris térfogat: 22,41 dm 3 1 atm = 760 Hgmm = Pa t ( C) = T (K) Relatív sűrűség: A anyag B anyagra vonatkoztatott relatív sűrűsége: ρ rel = ρ A / ρ B = M A /M B (ρ: sűrűség, M: moláris tömeg) Moláris tömeget lsd. Orvosi Kémiai gyakorlatok jegyzet, 198. oldal. A következő számolási példák a Chemistry (McMurry and Fay, 4. kiadás) c. könyv, 9. Gases fejezetéből valók. Feladatok: Melyik tartalmaz több molekulát standard állapotban: 1,00 dm 3 O 2, 1,00 dm 3 levegő, vagy 1,00 dm 3 H 2? Melyik tartalmaz több molekulát: 2,50 dm 3 levegő 50 C-on és 750 Hgmm nyomáson, vagy 2,16 dm 3 CO 2 10 C-on és 765 Hgmm nyomáson? Hány mól levegő van egy felnőtt átlagosan 3,8 dm 3 térfogatú tüdejében? Feltételezzük, hogy a személy atmoszférikus nyomáson tartózkodik és testhőmérséklete 37 C. (0,15 mol)

2 Melyik tartalmaz több molekulát, 12,0 dm 3 vízgőz 123,0 C-on és 0,93 atm nyomáson, vagy 12,5 g jég 5 C-on? Képzeljük el, hogy van két egyforma lombikunk, az egyikben standard állapotú hidrogén van, a másikban standardállapotú oxigén. Hogyan döntené el a lombikok kinyitása nélkül, hogy melyik melyik? Egy mól gáz normálállapotban 22,41 dm 3 térfogatú. Mennyi a sűrűsége a következő gázoknak normálállapotban? (0,714; 1,96; 1,43; 15,7 g/l) a.) CH 4 b.) CO 2 c.) O 2 d.) UF 6 Mennyi a sűrűsége (g/dm 3 -ben) annak a gázkeveréknek, amely 27,0% F 2 -t és 73,0% He-t tartalmaz térfogatszázalékban 714 Hgmm nyomáson és 27,5 C-on? Mi a molekulatömege a következő gázmintáknak, ha sűrűségük a következő: a.) 1,342 g/dm 3 normálállapotban? b.) 1,053 g/dm 3 25 C-on és 752 Hgmm-n? Egy személyautó motorja a benzin és a levegő keverékét egy hengerben 1,0 atm nyomásról 9,5 atm-ra sűríti. Ha a nem összenyomott henger térfogata 410 cm 3, mekkora lesz a térfogat a keverék sűrítése után? (43 ml) Egy spray 3,2 g propán (C 3 H 8 ) gázt tartalmaz hajtógázként, térfogata 350 cm 3. Mekkora a nyomás a palackban 20 C-on? (5 atm) Egy luftballontöltő hélium gázpalack térfogata 43,8 dm 3, nyomása 1, kpa 25 C-on. Hány mól hélium van a tartályban? (267 mol) Egy jelöletlen gáztartály tartalmának azonosítása céljából mintát vettünk a tartályból, melynek sűrűségét 15 C-on és 736 Hgmm nyomáson g/dm 3 -nek találtuk. Mennyi a gáz moláris tömege? (131 g/mol Xe)

3 Karbonáttartalmú kőzetek, mint a mészkő híg savakkal (pl. HCl-al) szén-dioxid fejlődése közben reagálnak. Hány gramm CO 2 képződik 33,7 g mészkő teljes elreagálása esetén? Mekkora lesz a képződött CO 2 gáz térfogata standardállapotban? (14,8 g; 8,256 l) A HCl és Na 2 S reakciójában kellemetlen szagú gáz képződik. 1,00 dm 3 gázt összegyűjtve annak tömegét 1,52 g-nak találtuk standardállapotban. Mi a molekulatömege a gáznak? Mi a képlete és neve? (34 g/mol; H 2 S) Higany(II)-oxid (HgO) hevítésével tiszta oxigén állítható elő: 2 HgO (sz) 2 Hg (f) + O 2 (g) Mekkora a fejlődött oxigén térfogata standardállapotban 10,57 g HgO hevítésekor? (0,598 l) Cink és HCl oldat reakciójával hidrogéngáz állítható elő. a.) Hány liter H 2 fejlődik 742 Hgmm nyomáson és 15 C-on ha 25,5 g cink reagál el? (9,44 l) b.) Hány gramm cinkből indulna ki, ha 5,00 L H 2 gázt akarna előállítani 350 Hgmm nyomáson és 30 C-on? (6,05 g) Az ammónium-nitrát hevítésre robbanásszerűen bomlik a következő egyenlet szerint: 2 NH 4 NO 3 (sz) 2 N 2 (g) + 4 H 2 O (g) + O 2 (g) Hány liter gáz képződik 450 C-on és 1,00 atm nyomáson 450 g NH 4 NO 3 felrobbanásakor? 75 m-es mélységben a víz alatti nyomás 8,38 atm. Mekkorának kellene lennie az oxigén koncentrációjának mol%-ban a búvár gázpalackjában, hogy parciális nyomása 0,21 atm legyen, ugyanannyi, mint a levegőben 1,0 atm nyomáson? (2,5%) Mi a móltörtje az alkotóknak a 12,45 g H 2 -t, 60,67 g N 2 -t és 2,38 g NH 3 -t tartalmazó keverékben? (0,7281; 0,2554; 0,0165) Egy párás nyári napon a levegő páratartalma (vízgőz) 25 C-on móltörtben elérheti a t. Feltételezve, hogy a légnyomás 0,977 atm, mekkora a víz parciális nyomása a levegőben? (0,028 atm)

4 Altatáskor az éter 15 Hgmm parciális nyomással való alkalmazása a páciensek 50%-nál anesztéziát okoz. Mekkora a minimális alveoláris koncentráció, azaz MAC* (minimum alveolar concentration) érték az éterre? (2,0%) *MAC (minimum alveolar concentration): az altatógáznak az a százalékos koncentrációja a belélegzett levegőben, mely a páciensek 50%-nál anesztéziát okoz. A kloroform MAC értéke 0,77%. Mekkora parciális nyomással kell rendelkeznie a kloroformnak a páciensek 50%-nak anesztéziájához? Hány gramm kloroformnak kell lennie 10,0 L standard állapotú levegőben a megfelelő MAC értékhez? (5,9 Hgmm; 0,41 g) Mekkora a búvárpalackban lévő gázkeverék átlagos molekulatömege, ha 2,0 térfogat % O 2 -t és 98,0 térfogat % He-t tartalmaz? A sportbúvárok által használt sűrített levegős palack 8,0 dm 3 térfogatú és nyomása 140 atm 25 C-on. Mekkora a térfogata a palack levegőjének standard állapotban? Tegyük fel, hogy átlagosan 4,50 dm 3 levegő lélegzünk ki percenként 25 C-on és 735 Hgmm nyomáson, illetve a kilélegzett levegő CO 2 koncentrációja 3,4 térfogat %. Hány gramm CO 2 -t lélegzünk ki 24 óra alatt? Ha 20,0 g N 2 gáz térfogata 0,40 dm 3 és nyomása 6,0 atm, mekkora a hőmérséklete Kelvinben? A legtöbb laboratóriumi gázt 43,8 dm 3 -es acélpalackokban hozzák forgalomba. Mekkora tömegű argon van abban a tartályban, amelyben a nyomás 17,180 kpa 20 C-on? (12,3 kg) Mekkora az oxigén tömege abban a szobában, melynek méretei 4m 5m 2,5m. Feltételezzük, hogy a gáz standardállapotban van és a levegő 20,95 térfogat %-a oxigén. (1, g) Az artériás vér oxigéntartalma átlagosan 0,25 g literenként. Tegyük fel, hogy a testhőmérséklet 37 C, hány mól oxigén szállítódik literenként az artériás vérrel? Ez hány milliliter gáznak felel meg 37 C-on és 1 atm nyomáson?

5 A földgáz sokkomponensű keverék, elsősorban CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, és C 4 H 10 -t tartalmaz. Tegyük fel, hogy a földgáz nyomása 1,48 atm és az alkotók mólaránya 94 : 4,0 : 1,5 : 0,50. Számolja ki az alkotó gázok parciális nyomását! A baktériumtenyésztő kamrákban egy speciális gázkeveréket alkalmaznak, mely 1,00 tömeg% CO 2 -t és 99,0 tömeg % O 2 -t tartalmaz. Mekkora gázok parciális nyomása 0,977 atm nyomásnál? (po 2 =0,97 atm; pco 2 =0,00711 atm) A szárazjeget (szilárd CO 2 ) időnként bányákban robbanóanyagként használják. Fúrnak egy lyukat, melybe szárazjeget és egy kevés lőport tesznek, majd gyújtózsinórral meggyújtják. A felrobbanó lőpor gyorsan elpárologtatja a szárazjeget, ezzel hatalmas nyomást okozva. Tegyük fel, hogy 500,0 g szárazjeget tesznek egy üregbe, melynek térfogata 0,8 dm 3 és az elégett lőpor 700 K-re melegíti a CO 2 -t. Mekkora lesz a végső nyomás az üregben? (816 atm)