Obliczenia w Chemii technicznej nieorganicznej
Lista 3
Wiadomości teoretyczne:
Równanie stanu gazów rzeczywistych. Prawo Daltona. Wilgotność względna. Równanie
Clausiusa-Clapeyrona. Pary nasycone. Ciepło parowania.
Zadania:
1. Jakie ciśnienie należy wywierać, aby skroplić dwutlenek węgla w temperaturze: a) 31 oC, b) 50 oC? 2) Jaką największą objętość może zajmować 1 kg ciekłego dwutlenku węgla?
3) Jakie największe ciśnienie osiąga para nasycona ciekłego dwutlenku węgla? (73 atm)
2. Oblicz według równania van der Waalsa temperaturę, w której 1 mol amoniaku zajmuje
objętość 0,5 dm3 pod ciśnieniem 100 atm. Stałe a i b dla amoniaku wynoszą odpowiednio 4,17 atm·(dm3/mol)2 i 0,0373 dm3/mol.
(658,4 K)
3. Korzystając z danych o wartościach krytycznych Tk pk dla wodoru i ditlenku węgla, wyznacz dla nich stałe a i b w równaniu van der Waalsa
(obliczenia sprawdzić w tablicach)
4. Pięć moli ditlenku węgla zajmuje objętość 1,9 dm3 w temperaturze 40oC. O ile różnią się
wartości ciśnień obliczone według: 1) równania stanu gazu doskonałego i b) równania van
der Waalsa od wartości ciśnienia wyznaczonej doświadczalnie = 50 atm. Stałe a i b dla dwutlenku węgla są równe odpowiednio 3,6 atm·(dm3/mol)2 i 0,043 dm3/mol.
(17,54 atm, 1,23 atm)
5. Jaką objętość zajmuje azot w ilości 2 g, w temperaturze 280 K pod ciśnieniem 2026 hPa?
Gaz rozpatrywać jako: 1) doskonały, 2) rzeczywisty.
(0,82 dm3)
6. Korzystając z równania van der Waalsa, oblicz gęstość pary wodnej w stanie krytycznym
przyjmując, że stała b = 0,0306 m3/kmol.
(196 kg/m3)
7. Znaleźć gęstość pary wodnej nasyconej w temperaturze 50oC.
(8,26·10-2 kg/m3)
8. Ile razy gęstość pary wodnej nasyconej w temperaturze 200 oC jest większa od gęstości
pary wodnej nasyconej w temperaturze 100 oC?
(12 razy)
9.
Ile waży para wodna w 1 m3 powietrza podczas letniego dnia w temperaturze 30 oC i przy
wilgotności względnej 75%.
(222,9 N)
10. W zamkniętej objętości V = 1 m3 wilgotność względna powietrza wynosi 60% w temperaturze 20 oC. Ile wody powinno jeszcze wyparować do tej objętości, aby para wodna stała się nasycona?
(6,9·10-3kg)
11. Ciśnienie pary nasyconej nad roztworem w temperaturze 30 oC wynosi 3,2 MPa. Oblicz
ciśnienie pary nasyconej nad tym roztworem w temperaturze 60 oC.
(15 MPa)
12. Do naczynia o objętości V = 10 dm3 napełnionego suchym powietrzem w warunkach normalnych wprowadzono m = 3 g wody, a następnie naczynie ogrzano do temperatury t
= 100oC. Wyznaczyć ciśnienie p wilgotnego powietrza w naczyniu przy tej samej
(1,82·105 N/m2)
13. W komorze Wilsona o objętości 1 dm3 zawarte jest powietrze nasycone parą wodną.
Temperatura początkowa komory wynosi 20oC. Wskutek ruchu tłoka objętość komory
wzrosła 1,25-krotnie. Rozprężenie należy traktować jako adiabatyczne, przy czym κ=cp/cv
przyjąć równe 1,4. Znaleźć: 1) ciśnienie pary wodnej przed rozprężaniem; 2) ilość pary
wodnej w komorze przed rozprężaniem; 3) gęstość pary wodnej przed rozprężeniem; 4)
temperaturę pary po rozprężeniu (pominąć zmianę temperatury spowodowaną
wydzieleniem ciepła przy skraplaniu się pary); 5) ilość skroplonej pary wodnej; 6) gęstość
pary wodnej po skropleniu; 7) stopień przesycenia, czyli stosunek gęstości pary wodnej
po rozprężeniu (lecz przed skropleniem) do gęstości pary wodnej nasyconej w powietrzu
przy temperaturze, która ustala się po skropleniu.
(2333 Pa, 17,24·10-6 kg, 17,24·10-3 kg/m3, 268,9 K, 13,2 mg, 3,2·10-5 kg/m3, 4,3)
14. Naczynie zawierające pewną ilość azotu w temperaturze t1=15oC, porusza się z prędkością v = 100 m/s. Jaka będzie temperatura azotu t2 w naczyniu, jeżeli gwałtownie zahamuje i jeżeli można pominąć przekazywanie ciepła ściankom naczynia? Ciepło właściwe azotu
wynosi cv = 1050 J/kg·K.
(19,8 oC)
15. W naczyniu znajduje się powietrze w warunkach normalnych. Naczynie jest zamknięte
zastawką, której powierzchnia wynosi S = 10 cm2, a ciężar jest równy Q = 13,5 N. Do jakiej temperatury należy ogrzać powietrze w naczyniu, aby zdołało ono otworzyć
zastawkę? Nie uwzględniać rozszerzalności naczynia przy ogrzewaniu. (309,4 K)
Opracowała:
Dr Magdalena Klakočar - Ciepacz