Как рассчитать процентный состав газовой смеси с использованием коэффициента абсорбции

Задача 455. 

Принимая, что атмосферный воздух содержит 21% (об.) 0₂ и 79% (об.) N₂, рассчитать процентный состав (по объему) воздуха, выделенного из воды, имевшей температуру 20° С. Коэффициент абсорбции кислорода при этой температуре равен 0,031, а азота — 0,0154.
Решение:
По условию задачи в 1 л воды растворяется 31 мл кислорода и 15,4 мл азота. Однако непосредственно сравнивать эти объёмы, так как парциальные давления растворённых газов различны и составляют соответственно 0,21 и 0,79 от общего давления газовой смеси. Если принять последнее за единицу, то объёмы кислорода и азота в воздухе, приведённые к этому давлению, будут равны: для кислорода 6,51 мл (31 . 0,21 = 6,51); для азота – 12,17 мл (15,4 . 0,79 = 12,17). Общий объём газов составит 18,68 мл (6,51 + 12,17 = 18,68).

Теперь рассчитаем процентное содержание каждого газа по формуле:

где
— массовая доля растворённого вещества; m_(в-ва) — масса растворённого вещества; m_(р-ра) — масса раствора.

Тогда

Ответ: 34,85% О₂; 65,15% N₂.

Задача 456.
Газовую смесь, содержащую 40% (об.) N₂O и 60% (об.) NO, растворяли при 17 °С и постоянном давлении в воде до полного насыщения последней. Рассчитать процентный состав (по объему) газовой смеси после выделения ее из воды, если при 17°С коэффициенты абсорбции N₂O и NO составляют соответственно 0,690 и 0,050.
Решение:
По условию задачи в 1 л воды растворяется 690 мл N₂O и 15,4 мл NO. Однако непосредственно сравнивать эти объёмы, так как парциальные давления растворённых газов различны и составляют соответственно 0,4 и 0,6 от общего давления газовой смеси. Если принять последнее за единицу, то объёмы кислорода и азота в воздухе, приведённые к этому давлению, будут равны: для N₂O 276 мл (690 ^. 0,4 = 276); для NO – 30 мл (50 ^. 0,6 = 30). Общий объём газов составит 306 мл (276 + 30 = 306).

Теперь рассчитаем процентное содержание каждого газа по формуле        

где
— массовая доля растворённого вещества; m_(в-ва) — масса растворённого вещества; m_(р-ра) — масса раствора.

Тогда

Ответ: 90,2% О₂; 9,8% NО.

Задача 457.
Коэффициент абсорбции СО₂ при 0 °С равен 1,71. При каком давлении растворимость СО₂ в воде при той же температуре составит 16 г/л?
Решение:
Согласно закону Авогадро 1 моль любого газа при нормальных условиях занимает 22,4л. 
М(СО₂) = 44 г/моль. 
Рассчитаем объём, который занимает 16 граммов углекислого газа из пропорции:

Известно, что масса газа, растворённого при постоянной температуре в данном объёме жидкости, прямо пропорциональна парциальному давлению газа. Парциальное давление СО₂ при 0 °С равно атмосферному давлению. Тогда давление при котором в 1 л растворится 16 г СО₂ можно рассчитать из пропорции:

Ответ: 482,6 кПа.