Cách tính áp suất một phần: 14 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: Jason Gerald | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-19 22:14

"Áp suất một phần" trong hóa học là áp suất mà mỗi khí trong hỗn hợp khí tác dụng lên môi trường xung quanh nó, chẳng hạn như bình định mức, bình khí lặn hoặc ranh giới khí quyển. Bạn có thể tính áp suất của mỗi khí trong hỗn hợp nếu bạn biết lượng khí, thể tích nó chiếm và nhiệt độ. Các áp suất riêng phần có thể được cộng lại với nhau để tính áp suất toàn phần của hỗn hợp khí. Mặt khác, áp suất tổng có thể được tính toán trước để tính áp suất riêng phần.

Bươc chân

Phần 1/3: Tìm hiểu các thuộc tính của khí

Bước 1. Coi mỗi khí như một khí “lý tưởng”

Trong hóa học, khí lý tưởng là khí tương tác với các khí khác mà không bị hút vào các phân tử của nó. Các phân tử đơn độc có thể va đập và nảy lên như quả bóng bi-a mà không bị biến dạng.

Áp suất của một chất khí lý tưởng tăng lên khi nó bị nén trong một không gian nhỏ hơn và giảm khi nó nở ra trong một không gian lớn hơn. Mối quan hệ này được gọi là Định luật Boyle do Robert Boyle tạo ra. Về mặt toán học, công thức là k = P x V, hoặc đơn giản hóa thành k = PV, k là hằng số, P là áp suất, trong khi V là thể tích.
Có một số đơn vị khả thi cho áp suất. Một trong số đó là Pascal (Pa). Đơn vị này được định nghĩa là lực của một newton tác dụng lên một diện tích bề mặt là một mét vuông. Một đơn vị khác là bầu khí quyển (atm). Khí quyển là áp suất của bầu khí quyển Trái đất ở mực nước biển. Áp suất 1 atm tương đương với 101,325 Pa.
Nhiệt độ của khí lý tưởng tăng khi thể tích tăng và giảm khi thể tích giảm. Mối quan hệ này được gọi là Charles 'Law do nhà khoa học Jacques Charles tạo ra. Công thức toán học là k = V / T, trong đó k là thể tích và hằng số nhiệt độ, V là thể tích và T là nhiệt độ.
Nhiệt độ của khí trong phương trình này được cho bằng độ Kelvin, nhiệt độ này nhận được bằng cách thêm số 273 vào giá trị độ trong C.
Hai công thức trên có thể được kết hợp với một phương trình: k = PV / T, cũng có thể được viết dưới dạng PV = kT.

Bước 2. Xác định lượng khí cần đo

Các chất khí có khối lượng và thể tích. Thể tích thường được đo bằng lít (l), nhưng có hai loại khối lượng.

Khối lượng thông thường được đo bằng gam, nhưng với số lượng lớn hơn thì đơn vị là kilôgam.
Vì chất khí rất nhẹ nên đơn vị được sử dụng là khối lượng phân tử hoặc khối lượng mol. Khối lượng mol là tổng khối lượng nguyên tử của mỗi nguyên tử trong hợp chất tạo nên chất khí, mỗi nguyên tử so với cacbon là số 12.
Vì các nguyên tử và phân tử quá nhỏ để đếm được, lượng khí được quy định bằng mol. Số mol có trong một chất khí nhất định có thể nhận được bằng cách lấy khối lượng chia cho khối lượng mol và được ký hiệu bằng chữ n.
Hằng số K trong phương trình khí có thể được thay thế bằng tích của n, số mol (mol) và hằng số mới R. Bây giờ công thức là nR = PV / T hoặc PV = nRT.
Giá trị của R phụ thuộc vào đơn vị đo áp suất, thể tích và nhiệt độ của chất khí. Đối với thể tích tính bằng lít, nhiệt độ tính bằng Kelvin và áp suất trong khí quyển, giá trị là 0,0821 L atm / K mol. Giá trị này có thể được viết là 0,0821 L atm K^-1 nốt ruồi ^-1 để tránh sử dụng dấu gạch chéo để thể hiện các vạch chia theo đơn vị đo lường.

Bước 3. Hiểu định luật Dalton về áp suất từng phần

Định luật này được phát triển bởi nhà hóa học và vật lý học John Dalton, người đầu tiên phát triển khái niệm rằng các nguyên tố hóa học được cấu tạo từ các nguyên tử..

Định luật Dalton có thể được viết dưới dạng công thức sau P_{toàn bộ} = P₁ + P₂ + P₃ … Lượng P ở bên phải dấu bằng lượng khí trong hỗn hợp.
Công thức định luật Dalton có thể được mở rộng khi xử lý các chất khí khác nhau, trong đó áp suất riêng phần của mỗi chất khí chưa biết, nhưng đã biết thể tích và nhiệt độ của chúng. Áp suất riêng phần của một lượng khí bằng áp suất cho rằng khí ở lượng đó là khí duy nhất trong bình chứa.
Đối với mỗi áp suất riêng phần, công thức khí lý tưởng có thể được sử dụng. Thay vì sử dụng PV = nRT, chỉ có thể sử dụng P ở bên trái. Vì vậy, cả hai bên được chia cho V: PV / V = nRT / V. Hai chữ V ở phía bên phải triệt tiêu lẫn nhau, để lại P = nRT / V.
Chúng ta có thể sử dụng nó để thay thế mỗi P ở bên phải đại diện cho một chất khí cụ thể trong công thức áp suất riêng phần: P_{toàn bộ} = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …

Phần 2/3: Tính áp suất từng phần, sau đó là áp suất tổng

Bước 1. Xác định phương trình áp suất riêng phần của mỗi khí bạn đang tính toán

Đối với phép tính này, giả thiết rằng một bình 2 lít chứa 3 khí: nitơ (N₂), oxy (O₂), và carbon dioxide (CO₂). Mỗi khí có khối lượng 10 g, nhiệt độ 37 độ C. Ta sẽ tính áp suất riêng phần của từng khí và áp suất toàn phần của hỗn hợp khí trong bình hoá chất.

Công thức áp suất riêng phần là P_{toàn bộ} = P_nitơ + P_ôxy + P_{cạc-bon đi-ô-xít}.
Vì chúng ta đang tìm áp suất cho mỗi khí có thể tích và nhiệt độ đã biết, nên số mol của mỗi khí có thể được tính dựa trên khối lượng của nó. Công thức có thể được thay đổi thành: P_{toàn bộ} = (nRT / V) _nitơ + (nRT / V) _ôxy + (nRT / V) _{cạc-bon đi-ô-xít}

Bước 2. Chuyển đổi nhiệt độ sang độ Kelvin

Nhiệt độ tính bằng độ C là 37 độ, do đó hãy thêm 273 đến 37 để có 310 độ K.

Bước 3. Tìm số mol của mỗi khí có trong mẫu

Số mol của một chất khí là khối lượng của chất khí chia cho khối lượng mol của nó, là tổng khối lượng nguyên tử của mỗi nguyên tử trong hỗn hợp.

Đối với khí nitơ (N₂), mỗi nguyên tử có khối lượng nguyên tử là 14. Vì nitơ là nguyên tử (phân tử hai nguyên tử) nên giá trị của 14 phải được nhân với 2 để thu được khối lượng mol của nitơ trong mẫu này là 28. Tiếp theo khối lượng tính bằng gam, 10g, được chia cho 28, để được số mol, do đó kết quả là khoảng 0,4 mol nitơ.
Đối với khí tiếp theo, oxy (O₂), mỗi nguyên tử có khối lượng nguyên tử là 16. Oxi cũng là nguyên tử nên 16 lần 2 cho số mol oxi trong mẫu là 32. 10 gam chia cho 32 thu được xấp xỉ 0,3 mol oxi.
Tiếp theo là carbon dioxide (CO₂), trong đó có 3 nguyên tử, cụ thể là một nguyên tử cacbon có khối lượng nguyên tử là 12 và hai nguyên tử oxi có khối lượng nguyên tử là 16. Cộng ba nguyên tử đó lại để được khối lượng mol: 12 + 16 + 16 = 44. 10 gam tiếp theo chia cho 44 nên kết quả là khoảng 0,2 mol khí cacbonic.

Bước 4. Nhập giá trị mol, thể tích và nhiệt độ

Các số đã được nhập vào công thức: P_{toàn bộ} = (0, 4 * R * 310/2) _nitơ + (0, 3 * R * 310/2) _ôxy + (0, 2 * R * 310/2) _{cạc-bon đi-ô-xít}.

Vì đơn giản, các đơn vị không được viết. Các đơn vị này sẽ bị xóa trong các phép tính toán học, chỉ để lại các đơn vị áp suất

Bước 5. Nhập giá trị của hằng số R

Áp suất tổng và áp suất riêng phần sẽ được biểu thị bằng đơn vị khí quyển, vì vậy giá trị R được sử dụng là 0,0821 L atm / K mol. Giá trị này sau đó được nhập vào phương trình để công thức là P_{toàn bộ} =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitơ + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _ôxy + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{cạc-bon đi-ô-xít}.

Bước 6. Tính áp suất riêng của mỗi khí

Bây giờ tất cả các giá trị bắt buộc đã có sẵn, đã đến lúc thực hiện phép toán.

Đối với áp suất riêng phần của nitơ, 0,4 mol được nhân với hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 độ K, sau đó chia cho 2 lít: xấp xỉ 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm.
Đối với áp suất riêng phần của oxy, 0,3 mol được nhân với hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 độ K, sau đó chia cho 2 lít: xấp xỉ 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm.
Đối với áp suất riêng phần của carbon dioxide, 0,2 mol được nhân với hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 độ K, sau đó chia cho 2 lít: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, xấp xỉ.
Ba áp suất riêng phần sau đó được cộng lại với nhau để có được áp suất toàn phần: P_{toàn bộ} = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 hoặc 11,45 atm, nhiều hơn hoặc ít hơn.

Phần 3/3: Tính áp suất toàn phần, rồi tính một phần

Bước 1. Xác định công thức áp suất riêng phần như trước

Một lần nữa, giả sử một bình 2 lít chứa 3 khí khác nhau: nitơ (N₂), oxy (O₂), và carbon dioxide (CO₂). Khối lượng của mỗi khí là 10 gam và nhiệt độ của mỗi khí là 37 độ C.

Nhiệt độ ở Kelvin vẫn như cũ 310 độ và số mol xấp xỉ 0,4 mol nitơ, 0,3 mol oxy và 0,2 mol khí cacbonic.
Đơn vị áp suất được sử dụng cũng là khí quyển, vì vậy giá trị của hằng số R là 0,0821 L atm / K mol.
Vì vậy, phương trình áp suất riêng phần vẫn giống nhau ở điểm này: P_{toàn bộ} =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitơ + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _ôxy + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{cạc-bon đi-ô-xít}.

Bước 2. Thêm số mol của mỗi khí trong mẫu để được tổng số mol của hỗn hợp khí

Vì thể tích và nhiệt độ như nhau đối với mỗi mẫu khí và mỗi giá trị mol cũng được nhân với cùng một hằng số, chúng ta có thể sử dụng tính chất phân phối của toán học để viết lại phương trình như sau:_{toàn bộ} = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Làm tổng: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol hỗn hợp khí. Phương trình sẽ đơn giản hơn, cụ thể là P_{toàn bộ} = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Bước 3. Tính áp suất toàn phần của hỗn hợp khí

Làm phép nhân: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, nhiều hơn hoặc ít hơn.

Bước 4. Tính tỉ khối của từng khí tạo thành hỗn hợp

Để tính tỉ khối của mỗi khí trong hỗn hợp, ta lấy tổng số mol của mỗi khí chia ra.

Có 0,4 mol nitơ, vậy 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 phần trăm) mẫu, nhiều hơn hoặc ít hơn.
Có 0,3 mol nitơ, vì vậy 0,3 / 0,9 = 0,33 (33 phần trăm) của mẫu, nhiều hơn hoặc ít hơn.
Có 0,2 mol khí cacbonic, vậy 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 phần trăm) mẫu, nhiều hơn hoặc ít hơn.
Mặc dù phép tính tỷ lệ phần trăm ước tính ở trên trả về 0,99, nhưng giá trị thập phân thực tế sẽ tự lặp lại. Điều này có nghĩa là sau dấu thập phân, số là 9 sẽ lặp lại chính nó. Theo định nghĩa, giá trị này bằng 1 hoặc 100 phần trăm.