Как найти массовый состав газовой смеси, включающей углекислый газ и азот, на основе известного парциального давления

Taras

57

Для нахождения массового состава газовой смеси с участием углекислого газа (CO2) и азота (N2) на основе известных парциального давления \(p_{CO2}\) и общего давления смеси \(p_{см}\), мы можем использовать закон Дальтона.

Закон Дальтона утверждает, что сумма парциальных давлений отдельных газов в смеси равна общему давлению смеси. Мы можем записать это в виде уравнения:

\[ p_{см} = p_{CO2} + p_{N2} \]

где \( p_{CO2} \) - парциальное давление углекислого газа,
\( p_{N2} \) - парциальное давление азота,
\( p_{см} \) - общее давление смеси.

Мы знаем, что парциальное давление углекислого газа \( p_{CO2} = 120 \) кПа, а общее давление смеси \( p_{см} = 300 \) кПа.

Мы можем подставить известные значения в уравнение Дальтона и решить его относительно парциального давления азота \( p_{N2} \):

\[ 300 \, \text{кПа} = 120 \, \text{кПа} + p_{N2} \]

Для нахождения \( p_{N2} \) вычитаем парциальное давление \( p_{CO2} \) из общего давления смеси:

\[ p_{N2} = 300 \, \text{кПа} - 120 \, \text{кПа} = 180 \, \text{кПа} \]

Теперь мы знаем парциальное давление азота \( p_{N2} = 180 \) кПа.

Чтобы найти массовый состав каждого газа в смеси, можно использовать соотношение их парциальных давлений к общему давлению смеси.

Массовый состав можно выразить как отношение масс газа к общей массе смеси. Однако, если предполагается, что все газы находятся в одинаковых условиях температуры и давления, то можно использовать их парциальные давления вместо масс.

Таким образом, массовый состав газов можно найти, используя следующее выражение:

\[ \text{массовая доля газа} = \frac{{\text{парциальное давление газа}}}{{\text{общее давление смеси}}} \times 100\% \]

Массовая доля углекислого газа (\(CO2\)):

\[ \text{массовая доля }CO2 = \frac{{p_{CO2}}}{{p_{см}}} \times 100\% = \frac{{120 \, \text{кПа}}}{{300 \, \text{кПа}}} \times 100\% \]

\[ \text{массовая доля }CO2 = \frac{{2}}{{5}} \times 100\% = 40\% \]

Массовая доля азота (\(N2\)):

\[ \text{массовая доля }N2 = \frac{{p_{N2}}}{{p_{см}}} \times 100\% = \frac{{180 \, \text{кПа}}}{{300 \, \text{кПа}}} \times 100\% \]

\[ \text{массовая доля }N2 = \frac{{3}}{{5}} \times 100\% = 60\% \]

Таким образом, массовый состав газовой смеси, состоящей из углекислого газа (CO2) и азота (N2), соответственно, составляет 40% и 60%.