Question

Согласно закону Генри, в идеальных растворах мольная доля газа, растворённого в жидкости, пропорциональна давлению этого газа над раствором. При 20 °С и давлении азота над раствором 500 кПа в 1 литре воды растворяется 87 мг азота. Растворимость кислорода при тех же условиях составляет 205 мг. Считайте все рассматриваемые растворы идеальными.
а)  Рассчитайте мольные доли азота и кислорода в водном растворе при 20 °С, если давление каждого из них над раствором равно 500 кПа.
б)  Чему равна массовая доля азота и кислорода в воде, долгое время стоящей в открытом сосуде на воздухе при 20 °С? Приведите необходимые расчёты и дайте краткие пояснения.

Answer 1

дано:
- растворимость азота (N2) = 87 мг в 1 литре воды при 20 °С и давлении 500 кПа
- растворимость кислорода (O2) = 205 мг в 1 литре воды при 20 °С и давлении 500 кПа
- плотность воды ~ 1000 г/л

найти:
- мольные доли азота и кислорода в водном растворе
- массовые доли азота и кислорода в воде

решение:
а) Сначала найдем количество молей азота и кислорода в растворе.

1. Рассчитаем количество молей азота:
молярная масса азота (N2) = 28 г/моль
масса азота = 87 мг = 0,087 г
количество молей азота = масса / молярная масса = 0,087 г / 28 г/моль = 0,003107 моль

2. Рассчитаем количество молей кислорода:
молярная масса кислорода (O2) = 32 г/моль
масса кислорода = 205 мг = 0,205 г
количество молей кислорода = масса / молярная масса = 0,205 г / 32 г/моль = 0,00640625 моль

3. Найдем общее количество молей воды в 1 литре:
молярная масса воды (H2O) = 18 г/моль
количество молей воды = 1000 г / 18 г/моль = 55,56 моль

4. Теперь можем рассчитать мольные доли:
мольная доля азота (X_N2) = количество молей азота / (количество молей воды + количество молей азота + количество молей кислорода)
X_N2 = 0,003107 / (55,56 + 0,003107 + 0,00640625) ≈ 0,0000556

мольная доля кислорода (X_O2) = количество молей кислорода / (количество молей воды + количество молей азота + количество молей кислорода)
X_O2 = 0,00640625 / (55,56 + 0,003107 + 0,00640625) ≈ 0,0001156

б) Теперь найдем массовые доли азота и кислорода.

1. Массовая доля азота:
масса всех компонентов = масса воды + масса азота + масса кислорода
масса всех компонентов = 1000 г + 0,087 г + 0,205 г = 1000,292 г
массовая доля азота (w_N2) = масса азота / масса всех компонентов = 0,087 г / 1000,292 г ≈ 0,000087

2. Массовая доля кислорода:
массовая доля кислорода (w_O2) = масса кислорода / масса всех компонентов = 0,205 г / 1000,292 г ≈ 0,000205

ответ:
а) Мольные доли: X_N2 ≈ 0,0000556; X_O2 ≈ 0,0001156.
б) Массовые доли: w_N2 ≈ 0,000087; w_O2 ≈ 0,000205.