Газовая смесь с давлением 101,3 кПа приготовлена из 3 л метана и 1 л оксида углерода(II) с начальными давлениями 202,6 кПа. Какой объем водорода при нормальном давлении следует добавить к смеси, чтобы пар иальные давления метана и водорода оказались одинаковы?
от

1 Ответ

дано:  
Объем метана V_CH4 = 3 л = 0,003 м³  
Объем оксида углерода(II) V_CO = 1 л = 0,001 м³  
Начальное давление смеси P_total = 101,3 кПа = 101300 Па  
Начальные давления метана P_CH4_initial = 202,6 кПа = 202600 Па  

найти:  
Объем водорода V_H2, который следует добавить к смеси, чтобы парциальные давления метана и водорода оказались одинаковыми.  

решение:  
Сначала найдем общее количество газа в смеси (метан и оксид углерода). Используем закон Бойля-Мариотта, который гласит, что произведение давления и объема для данного количества газов постоянное.

Сначала определим парциальное давление метана в смеси. Парциальное давление метана можно найти по формуле:  
P_CH4 = (P_CH4_initial * V_CH4) / (V_total)  

Общий объем смеси:  
V_total = V_CH4 + V_CO = 0,003 m³ + 0,001 m³ = 0,004 m³  

Теперь подставим значения:  
P_CH4 = (202600 Па * 0,003 м³) / 0,004 м³  
P_CH4 = 151950 Па = 151,95 кПа  

Теперь, чтобы парциальные давления метана и водорода были равны, мы обозначим парциальное давление водорода как P_H2. Это значение должно быть равно давлению метана:  
P_H2 = P_CH4 = 151950 Па  

Если мы добавим объем V_H2 (в м³) водорода при нормальных условиях, то его парциальное давление будет вычисляться по формуле:  
P_H2 = (n_H2 * R * T) / V_H2_total  

Чтобы учесть добавленный водород в общей системе, общий объем станет:  
V_total_H2 = V_total + V_H2  

Используя уравнение состояния идеального газа, где n_H2 = P_H2 * V_H2 / (R * T), можем выразить V_H2 через давление:  
P_H2 = (P_H2 * V_H2) / (V_total + V_H2)

Перепишем уравнение:  
151950 = (151950 * V_H2) / (0,004 + V_H2)  

Умножим обе стороны на (0,004 + V_H2):  
151950 * (0,004 + V_H2) = 151950 * V_H2  
151950 * 0,004 = 151950 * V_H2 - 151950 * V_H2  
607,8 = 151950 * V_H2  

Теперь решим уравнение относительно V_H2:  
V_H2 = 607,8 / 151950 ≈ 0,004 m³ = 4 л  

ответ:  
Чтобы парциальные давления метана и водорода оказались одинаковыми, необходимо добавить примерно 4 л водорода к смеси.
от