Плотность по гелию. Плотность гелия. Краткое описание химических свойств и плотность гелия
1. Рассчитайте: а) плотность (н.у.) кислорода, г/л.; б) относительную плотность аммиака NH₃ по водороду.
2. Рассчитайте: а) относительную плотность газа бромоводорода HBr по воздуху; б) плотность (н.у.) этана C₂H₆, г/л.
3. Рассчитайте, какой объем (н.у.) займут: а) 0,2 моль этилена C₂H₄; б) 8,8 г оксида углерода (IV); в) 3,2 г газа метана CH₄; г) 0,6 моль сероводорода H₂S.
4. Какой объем кислорода (н.у.) потребуется для сжигания 20 л водорода?
2H₂+O₂→2H₂O
На сжигание 2 объемов H₂ тратится 1 объем O₂ (по уравнению)
На сжигание 20 объемов H₂ затратится х объемов O₂ (по уравнению)
Отсюда х= 10 объемов (10 л)
5. Сожгли 40 л угарного газа CO. Вычислите: а) объем вступившего в реакцию кислорода; б) объем образовавшегося оксида углерода (IV).
6. Раскаленный уголь реагирует с парами воды: C+H₂O=CO+H₂. Вычислите общий объем полученных газов, если в реакцию с углем вступило 900 г воды.
7. Какой объем займет смесь газов следующего количественного состава: 0,85 моль водорода, 1,42 моль азота N₂, 1,15 моль кислорода, 2,58 моль углекислого газа CO₂?
8. Плотность благородного газа гелия (н.у.) равна 0,178 г/л. Рассчитайте массу 10 моль гелия.
9. Рассчитайте относительные молекулярные массы газов, относительная плотность которых по водороду равна: а) 22; б) 10; в) 8,5; г) 19.
10. Рассчитайте относительные молекулярные массы газов, относительная плотность которых по гелию равна: а) 7,5; б) 11; в) 16.
11. Неизвестный газ содержит атомов водорода вдвое больше, чем атомов углерода. Относительная плотность газа по гелию равна 7. Выведите формулу этого газа.
12. Какие объемы (н.у.) кислорода и водорода должны прореагировать, чтобы образовалась вода массой 9 г?
По физическим свойствам гелий наиболее близок к молекулярному водороду. Вследствие ничтожной поляризуемости атомов гелия у него самые низкие температуры кипения (-269 o С) и плавления (-271 o С при 2,5×10 6 Па).
Гелий по сравнению с другими элементами обладает наибольшей энергией ионизации атома (24,59 эВ). Особая устойчивость электронной структуры атома отличает гелий от остальных элементов Периодической системы Д.И. Менделеева.
Гелий хуже других газов растворяется в воде и других растворителях. В 1 л воды, например, растворяется при 0 o С менее 10 мл гелия, т.е. в два с лишним раза меньше, чем молекул водорода (H 2), и в 51000 раз меньше, чем молекул хлороводорода (HCl).
После водорода гелий - самый легкий из всех газов. Он более чем в 7 раз легче воздуха.
Плотность гелия равна 0,178кг/м 3 . Важнейшие константы гелия представлены в таблице ниже:
Таблица 1. Физические свойства гелия.
Распространенность гелия в природе
Гелий относится к группе благородный газов. Он впервые был обнаружен на Солнце, а затем и на Земле. Спектральный анализ показывает присутствие гелия в атмосфере звезд и в метеоритах.
Краткое описание химических свойств и плотность гелия
Для инертных газов характерно полное или почти полное отсутствие химической активности. Так, в обычных условиях гелий химически инертен, но при сильном возбуждении атомов он может образовывать молекулярные ионы He 2 + . В обычных условиях эти ионы неустойчивы; захватывая недостающий электрон, они распадаются на два нейтральных атома.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Относительная плотность газа по водороду - 27. Массовая доля элемента водорода в нем - 18,5%, а элемента бора - 81,5%. Определите формулу газа. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Обозначим число атомов водорода в молекуле через «х», число атомов бора через «у». Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов водорода и бора (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Ar(B) = 11; Ar(H) = 1. Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения: x:y = ω(H)/Ar(H) : ω (B)/Ar(B); x:y = 18,5/1: 81,5/11; x:y = 18,5: 7,41 = 2,5: 1 = 5: 2. Значит простейшая формула соединения водорода и бора имеет вид H 5 B 2 . Значение молярной массы газа можно определить при помощи его плотности по водороду: M gas = M(H 2) × D H2 (gas) ; M gas = 2 × 27 = 54 г/моль. Чтобы найти истинную формулу соединения водорода и бора найдем отношение полученных молярных масс: M gas / M(H 5 B 2) = 54 / 27 = 2. M(H 5 B 2) = 5 ×Ar(H) + 2 × Ar(B) = 5 ×1 + 2 × 11 = 5 + 22 = 27 г/моль. Это означает, что все индексы в формуле H 5 B 2 следует умножить на 2. Таким образом формула вещества будет иметь вид H 10 B 4 . |
| Ответ | Формула газа - H 10 B 4 . |
ПРИМЕР 2
| Задание | Вычислите относительную плотность по воздуху углекислого газа CO 2 . |
| Решение | Для того, чтобы вычислить относительную плотность одного газа по другому, надо относительную молекулярную массу первого газа разделить на относительную молекулярную массу второго газа.
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. D air (CO 2) = M r (CO 2) / M r (air); D air (CO 2) = 44 / 29 = 1,52. M r (CO 2) = A r (C) + 2 ×A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44. |
| Ответ | Относительная плотность по воздуху углекислого газа равна 1,52. |
В таблице представлены теплофизические свойства гелия He в газообразном состоянии в зависимости от температуры и давления. Теплофизические свойства и плотность гелия в таблице даны при температуре от 0 до 1000°С и давлении от 1 до 100 атмосфер.
Следует отметить, что такие свойства гелия, как температуропроводность и кинематическая вязкость существенно зависят от температуры, увеличивая свои значения на порядок при нагревании на 1000 градусов. При увеличении давления эти свойства гелия уменьшают свои значения, при этом существенно возрастает плотность гелия.
При нормальных условиях плотность гелия равна 0,173 кг/м 3 (при температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении). С увеличением давления гелия, его плотность увеличивается пропорционально, например при 10 атм. плотность гелия составит уже величину 1,719 кг/м 3 (при этой же температуре). При дальнейшем сжатии этого газа до 100 атм. плотность гелия станет равной 16,45 кг/м 3 . Таким образом, имеет место почти стократное увеличении плотности гелия относительно первоначального значения (при атмосферном давлении).
Как известно, самой низкой плотностью обладает такой газ, как , а гелий занимает второе место среди газов по величине плотности.
Гелий считается наиболее оптимальным газом для заполнения аэростатов, применяемых в воздухоплавании, поскольку в отличие от водорода, он не создает с воздухом взрывоопасную смесь.
Так как плотность гелия значительно меньше воздуха, то при одинаковых температурах шары и аэростаты, наполненные гелием, имеют хорошую подъемную силу. Достаточно малая плотность гелия позволяет создавать беспилотные высотные аэростаты для погодных и научных исследований.
На какую высоту может подняться шар с гелием? по мере набора высоты начинает снижаться и на высотах около 33…36 км сравняется с плотностью гелия, находящегося в аэростате, и его подъем прекратится.
В таблице даны следующие свойства гелия:
- плотность гелия γ , кг/м 3 ;
- удельная теплоемкость С р , кДж/(кг·град);
- коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·град);
- динамическая вязкость μ , ;
- температуропроводность a , м 2 /с;
- кинематическая вязкость ν , м 2 /с;
- число Прандтля Pr .
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100.
Теплопроводность гелия при при нормальном атмосферном давлении.
Значения теплопроводности гелия при нормальном атмосферном давлении в зависимости от температуры приведены в таблице.
Теплопроводность (в размерности Вт/(м·град)) указана для газообразного гелия в диапазоне температуры от -203 до 1727 °С.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность гелия в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000. По данным таблицы теплопроводности видно, что ее значения увеличиваются с ростом температуры гелия.
Теплопроводность гелия при высоких температурах.
В таблице указаны значения теплопроводности гелия при нормальном атмосферном давлении и при высоких температурах.
Теплопроводность гелия в газообразном состоянии приведена в диапазоне температур 2500…6000 К.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность гелия в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000. Значение коэффициента теплопроводности гелия увеличивается с ростом его температуры и достигает при 6000 К величины 1,2 Вт/(м·град).
Теплопроводность жидкого гелия при низких температурах.
Приведены значения теплопроводности жидкого гелия при нормальном атмосферном давлении и экстремально низких температурах.
Теплопроводность гелия в жидком состоянии дана в таблице для температуры 2,3…4,2 К (-270,7…-268,8°С).
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность гелия в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000. Теплопроводность гелия увеличивается с ростом его температуры и в жидком состоянии при низких температурах.
Теплопроводность гелия в зависимости от давления и температуры.
В таблице даны значения теплопроводности гелия в зависимости от давления и температуры.
Теплопроводность (размерность Вт/(м·град)) указана для газообразного гелия в диапазоне температуры от 0 до 1227 °С и давлении от 1 до 300 атм.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность гелия в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000. Теплопроводность гелия имеет слабую тенденцию к росту при увеличении давления газа.
Теплоемкость жидкого гелия в зависимости от температуры.
В таблице представлены значения удельной (массовой) теплоемкости жидкого гелия в состоянии насыщения в зависимости от температуры.
Как известно, гелий в жидком состоянии может находиться только при очень низкой температуре, приближающейся к абсолютному нулю.
Теплоемкость жидкого гелия (размерность кДж/(кг·град)) приведена в диапазоне температуры от 1,8 до 5,05 К.
Источники:
1.
2. .
3. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
