Газы: учебное руководство

Главные идеи

Газовые законы описывают, как давление, объём, температура и количество газа зависят друг от друга. В большинстве задач уравнение состояния идеального газа PV = nRT охватывает всё сразу.

• При R = 0,08206 л·атм/(моль·К) берите давление в атм, объём в литрах, температуру в кельвинах. При R = 8,314 Дж/(моль·К) берите паскали и кубические метры.
• Бойль: P₁V₁ = P₂V₂ при постоянной температуре. Шарль: V₁ ÷ T₁ = V₂ ÷ T₂ при постоянном давлении, T в кельвинах.
• По закону Дальтона давление смеси равно сумме парциальных давлений; каждое — мольная доля, умноженная на общее давление.
• Закон Грэма: лёгкие газы эффундируют быстрее, скорость пропорциональна 1 ÷ √M.

Основные формулы

• PV = nRT
• P₁V₁ = P₂V₂ (Boyle)
• V₁ ÷ T₁ = V₂ ÷ T₂ (Charles)
• P_total = P₁ + P₂ + …
• rate₁ ÷ rate₂ = √(M₂ ÷ M₁)

Разобранный пример

Каково давление 2,0 моль газа при 300 К в сосуде объёмом 10,0 л? P = nRT ÷ V = 2,0 × 0,08206 × 300 ÷ 10,0 = 4,9 атм. По закону Грэма водород (2,0 г/моль) эффундирует в √(32 ÷ 2,0) = 4 раза быстрее кислорода (32 г/моль).

Частые ошибки

• Подстановка °C вместо кельвинов. Перед подстановкой прибавьте 273,15.
• Смешивание единиц R с единицами давления и объёма.
• Применение уравнения идеального газа без учёта того, что количество газа изменилось между двумя состояниями.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Газы