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大学化学:分压

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例子问题

问题1:分压

一个 2.00L 氦，氮和氖的混合物的总压强是 $815\text{ mmHg}$ 温度为 $255\text{K}$ 。如果氦的分压是 $201\text{ mmHg}$ 氮气的分压是 $351\text{ mmHg}$ 混合物中氖气的质量是多少?

可能的答案:

0.601g

0.667g

0.709g

0.512g

正确答案:

0.667g

解释：

既然我们有了总压强以及氦和氮的压强，我们就能求出这个容器中氖的压强。

$\text{P}_{tot}=\text{P}_{He}+\text{P}_{N}_2+\text{P}_{Ne}$

$\text{P}_{tot}-\text{P}_{He}-\text{P}_{N}_2=\text{P}_{Ne}$

$\text{P}_{Ne}=815-201-351=263\text{ mmHg}$

接下来，把这个压强转换成大气压。

$263\text{ mmHg}(\frac{1\text{ atm}}{760\text{mmHg}})=0.34605\text{ atm}$

现在，回想一下理想气体定律:

PV=nRT

重新排列方程来解气体的摩尔数:

$n=\frac{PV}{RT}$

利用氖的压强，求出容器中氖的摩尔数。

$n=\frac{(0.34605\text{ atm})(2.00L)}{0.08206 \frac{L \cdot atm}{mol \cdot K}(255K)}=0.03307\text{moles of Ne}$

最后，用摩尔质量把氖的摩尔数转换成氖的克数。

$0.3307\text{ moles of Ne}(\frac{20.18\text{ g}}{1\text{ mole of Ne}})=0.667\text{ g}$

确保你的答案有效数字。

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问题1:分压

假设盐酸和铝反应生成氢气。这种氢气是通过水的置换来收集的 $25^{o}C$ 总压强是 $700\:torr$ 。如果收集的气体体积是 $400\: mL$ 那么收集了多少摩尔的氢呢?

注:水的蒸汽压为 $25^{o}C$ 是 $23.8\:torr$ 。

可能的答案:

$29.0\: mmoles$

$24.6\: moles$

$14.6\: mmoles$

$11.0\: moles$

正确答案:

$14.6\: mmoles$

解释：

对于这个问题，我们知道一个化学反应会产生氢气。在这样做的过程中，气体取代了一定量的水蒸气。我们被要求确定在这个过程中产生的气体的摩尔数。

生产氢气所置换的水量将等于生产氢气的量(体积)。为了测量它的压力，我们取总压力的读数，然后减去水蒸气的压力(因为水蒸气对总压力有贡献)。利用这个信息，我们可以用理想气体方程来确定氢气的摩尔数。

$P_{total}=P_{water}+P_{H_{2}}$

$P_{H_{2}}=P_{total}-P_{water}$

$P_{H_{2}}=700\:torr-23.8\:torr=676.2\:torr$

$676.2\:torr\cdot \frac{1\:atm}{760\:torr}=0.890\:atm$

接下来，我们可以用理想气体方程来解出答案。

PV=nRT

$n=\frac{PV}{RT}$

$n=\frac{(0.890\:atm)(400\cdot 10^{-3}\:L)}{(0.08206\:\frac{L\cdot atm}{mol\cdot K})(298.15\:K)}$

$n=1.46\cdot10^{-2}\:moles\cdot\frac{1000\:mmoles}{1\:mole}=14.6\:mmoles$

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问题3:分压

在25℃下，一个4.0 L的容器中充满2.0 g氖和8.0 g氦。混合物的总压强是多少?

可能的答案:

$1.1\textrm{ atm}$

$12\textrm{ atm}$

$5.2\textrm{ atm}$

$62\textrm{ atm}$

$13\textrm{ atm}$

正确答案:

$13\textrm{ atm}$

解释：

首先，要认识到这是一个理想气体定律问题

$\mathrm{PV = \textit{n}RT}$

重新排列方程解出P得到

$\mathrm{P = \frac{\mathit{n}RT}{V}}$

为了解决这个问题，我们现在需要找出气体混合物的总摩尔数n_合计。要做到这一点，将Ne和He的值转换为摩尔并将它们相加

$\textit{n}_{\textrm{tot}}=(2.0\textrm{ g Ne x }\frac{1\textrm{ mol Ne}}{20.2\textrm{ g Ne}})\textrm{ + }(8.0\textrm{ g He x }\frac{1\textrm{ mol He}}{4.003\textrm{ g He}})$

$n_{\textrm{tot}}=0.099\textrm{ mol Ne + }2.0\textrm{ mol He}=2.1\textrm{ mol gas}$

现在我们有了n_合计，将已知值代入理想气体方程。记住要把摄氏度转换成开尔文!

$\textrm{P}=\frac{(2.0\textrm{ L)(0.0821}\frac{\textrm{L atm}}{\textrm{mol K}})(298.15\textrm{ K})}{4.0\textrm{ L}}=12\textrm{ atm}$

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问题1:分压

一个2.0升的容器在20^oC含有气体混合物 $\textup{H}_2$ 他的总压强为4atm。He施加的分压为2.4 atm。多少摩尔 $\textup{H}_2$ 在集装箱里吗?

可能的答案:

$0.13\textrm{ mol H}_{2}$

$1.9\textrm{ mol H}_{2}$

$0.20\textrm{ mol H}_{2}$

$0.33\textrm{ mol H}_{2}$

$0.26\textrm{ mol H}_{2}$

正确答案:

$0.13\textrm{ mol H}_{2}$

解释：

这是另一个理想气体定律的问题，但这次处理的是分压。混合物的总压强是各组分的分压强之和。首先计算分压 $\textup{H}_2$

$\textrm{P}_{\textrm{tot}}=\textrm{P}_{He}\textrm{ + P}_{H_{2}}$

$\textrm{4 atm = 2.4 atm + P}_{H_{2}}$

$\textrm{P}_{H_{2}}=4\textrm{ atm - 2.4 atm = 1.6 atm}$

现在我们已经解出了的分压 $\textup{H}_2$ ，我们可以解出摩尔 $\textup{H}_2$ 用理想气体定律方程

$\textrm{P}_{H_{2}}=\frac{n_{H_{2}}\textrm{ x RT}}{\textrm{V}}$

重新排列，求出摩尔 $\textup{H}_2$

$n_{H_{2}}=\frac{\textrm{P}_{H_{2}}\textrm{ x V}}{\textrm{RT}}$

$n_{H_{2}}=\frac{(1.6\textrm{ atm)(2.0 L)}}{(0.0821 \frac{\textrm{L atm}}{\textrm{mol K}})(293.15\textrm{ K)}}=\textrm{0.13 atm}$

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