Obliczenia w Chemii technicznej
Prawa stanu gazowego. Dyfuzja gazów.
Wiadomości teoretyczne:
Prawa stanu gazowego. Prawa Ficke'a. I zasada termodynamiki, Równanie stanu gazów rzeczywistych.
Zadania:
Ile razy ciepło właściwe gazu piorunującego jest większe od ciepła właściwego pary wodnej otrzymanej przy jego spalaniu? Zadanie rozwiązać dla przypadków: 1) V = const., 2) p = const. (1,25; 1,31)
W zamkniętym naczyniu o objętości 10 dm3 znajduje się powietrze pod ciśnieniem 105 N/m2. Ile ciepła pobierze powietrze, aby ciśnienie w naczyniu wzrosło 5 - krotnie? (104 J)
Oblicz współczynnik dyfuzji wodoru w warunkach normalnych jeśli średnia droga swobodna cząsteczek w tych warunkach wynosi 1,6⋅10-7 m? (0,94⋅10-4 m2/s)
Oblicz współczynnik dyfuzji helu w warunkach normalnych. (8,4·10-5 m2/s)
Oblicz ilość azotu przechodzącego wskutek dyfuzji przez pole 100 cm2 w ciągu 10 s, jeśli gradient gęstości w kierunku prostopadłym do powierzchni wynosi 1,26 kg/m4. Temperatura azotu jest równa 27 oC, a średnia droga swobodna jego cząsteczek - 10-5 cm. (2·10-6 kg)
Dwa naczynia A i B są połączone rurką o średnicy d = 1 cm i długości l = 1,5 cm. Rurka jest wyposażona w kurek. Gdy kurek jest zamknięty, ciśnienie powietrza w naczyniu A wynosi p1; naczynie B jest odpompowywane do ciśnienia p2<<p1. Oblicz, jaka ilość powietrza przedyfunduje z naczynia A do B w ciągu pierwszej sekundy po otwarciu kurka. Temperaturę powietrza w obydwu przypadkach przyjąć równą 17 oC, a średnicę cząsteczek powietrza σ = 3 Å. (9,7·10-8 kg)
Oblicz współczynnik lepkości dynamicznej azotu w warunkach normalnych, skoro w tych warunkach współczynnik dyfuzji helu równy jest 0,142 cm2/s. (1,78·10-5 N·s/m2)
Sporządź wykres zależności współczynnika lepkości dynamicznej azotu od temperatury w przedziale 100 K ≤ T ≤ 600 K co 100 K.
Oblicz współczynnik dyfuzji oraz współczynnik lepkości dynamicznej powietrza pod ciśnieniem 1013 hPa i w temperaturze 10 oC. Średnicę cząsteczki powietrza przyjąć równą 3·10-10 m. (D = 1,48·10-5 m2/s; η = 1,85·10-5 kg/m·s)
Współczynnik dyfuzji oraz współczynnik lepkości dynamicznej wodoru w pewnych warunkach są odpowiednio równe D = 1,42 cm2/s i η = 8,5·10-6 kg/m·s. Oblicz liczbę cząsteczek wodoru w 1 m3 w tych warunkach. (1,8·1025 m-3)
Współczynnik dyfuzji oraz współczynnik lepkości dynamicznej tlenu są odpowiednio równe 1,22·105 m2/s oraz η = 1,95·10-5 kg/m·s. Oblicz w tych warunkach: 1) gęstość tlenu, 2) średnią drogę swobodną jego cząsteczek, 3) średnią arytmetyczną prędkość jego cząsteczek. (1,6 kg/m3; 8,35·10-8 m; 440 m/s)
Wyznacz miana w jednostkach SI dla stałych w równaniu van der Waalsa.
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)
Korzystając z danych o wartościach krytycznych Tk pk dla argonu, azotu, pary wodnej, tlenu, wodoru i dwutlenku węgla, wyznacz dla nich stałe a i b w równaniu van der Waalsa
Pięć moli dwutlenku 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. (17,58 i 1,27 atm)
Jaką temperaturę ma azot w ilości 2 g, zajmujący objętość 820 cm3 pod pod ciśnieniem 2026 hPa? Gaz rozpatrywać jako: 1) doskonały, 2) rzeczywisty. (280 K)
Hel w ilości 10 g zajmuje objętość 100 cm3 pod ciśnieniem 108 N/m2. Oblicz temperaturę gazu, rozpatrując go jako: 1) rzeczywisty, 2) doskonały. Zadanie rozwiązać dla objętości: a) V1 = 1 m3, b) V2 = 0,05 m3. (482 K, 204 K)
Obliczyć przy pomocy równania van der Waalsa pracę wewnętrzną cząsteczek 1 kg powietrza rozprężonego z 200 at do 1 at o temperaturze 15oC. (9,5 kcal/kg)
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? (2) 2,9·10-3 m3, 3) 73 atm)
Oblicz gęstość pary wodnej w stanie krytycznym przyjmując, że znana jest dla niej stała b w równaniu van der Waalsa (patrz zad. 14). (196 kg/m3)
Ile razy gęstość pary wodnej nasyconej w temperaturze 200 oC jest większa od gęstości pary wodnej nasyconej w temperaturze 100 oC? (12 razy)
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? (6,9·10-3 kg)
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)