10,8: Щільність газу

Малюнок$\PageIndex{1}$ (Кредит: CK-12 Foundation; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CK-12 Навчальні матеріали ліцензії)

Чому вуглекислий газ тоне в повітрі?

Коли ми запускаємо реакцію на отримання газу, ми очікуємо, що він підніметься в повітря. Багато студентів провели експерименти, де утворюються гази, такі як водень. Газ може опинитися в пастці в пробірці, що утримується догори дном над реакцією. Вуглекислий газ, з іншого боку, тоне, коли він виділяється. Вуглекислий газ має щільність більше, ніж повітря, тому він не підніметься, як водневий газ.

Щільність газу

Як відомо, щільність визначається як маса на одиницю об'єму речовини. Оскільки всі гази займають однаковий обсяг на моль основі, щільність конкретного газу залежить від його молярної маси. Газ з малою молярною масою матиме меншу щільність, ніж газ з великою молярною масою. Щільність газу, як правило, повідомляється в$\text{g/L}$. Щільність газу може бути розрахована з молярної маси і молярного об'єму.

Малюнок$\PageIndex{2}$: Повітряні кулі, наповнені газом гелію, плавають у повітрі, оскільки щільність гелію менше щільності повітря. (Кредит: Фотограф: Уоррен Деннінг, люб'язно надано компанією Pioneer Balloon; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Congrats_bqt.jpg(opens у новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

Приклад$\PageIndex{1}$: Gas Density

Яка щільність газу азоту при СТП?

Рішення

Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.

Відомий

• $\ce{N_2} = 28.02 \: \text{g/mol}$
• $1 \: \text{mol} = 22.4 \: \text{L}$

Невідомий

• щільність =? г/л

Молярна маса, розділена на молярний об'єм, дає щільність газу при STP.

Крок 2: Розрахуйте.

$$\frac{28.02 \: \text{g}}{1 \: \text{mol}} \times \frac{1 \: \text{mol}}{22.4 \: \text{L}} = 1.25 \: \text{g/L}\nonumber$$

При налаштуванні з коефіцієнтом перетворення$\text{mol}$ блок скасовується, залишаючи$\text{g/L}$ як одиницю в результаті.

Крок 3: Подумайте про свій результат.

Молярна маса азоту трохи більше молярного обсягу, тому щільність трохи більше$1 \: \text{g/L}$.

Як варіант, молярну масу газу можна визначити, якщо відома щільність газу на STP.

Приклад$\PageIndex{2}$: Molar Mass from Gas Density

Що таке молярна маса газу, щільність якого знаходиться$0.761 \: \text{g/L}$ при STP?

Рішення

Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.

Відомий

• $\ce{N_2} = 28.02 \: \text{g/mol}$
• $1 \: \text{mol} = 22.4 \: \text{L}$

Невідомий

• молярна маса =? г/моль

Молярна маса дорівнює щільності, помноженої на молярний об'єм.

Крок 2: Розрахуйте.

$$\frac{0.761 \: \text{g}}{1 \: \text{L}} \times \frac{22.4 \: \text{L}}{1 \: \text{mol}} = 17.0 \: \text{g/mol}\nonumber$$

Крок 3: Подумайте про свій результат.

Оскільки щільність газу менше$1 \: \text{g/L}$, молярна маса менше 22,4.

Резюме

• Описано розрахунки, що показують перетворення між молярною масою та щільністю для газів.

Рецензія

1. Як розраховується щільність?
2. Як розраховується молярна маса?
3. Яким був би обсяг 3,5 моля газу?