이상 기체 법 시험 문제

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이상 기체 법칙은 저압 및 고온과 같은 특정 실험 조건에서 대부분의 실제 기체의 거동을 설명합니다. 이러한 조건에서 가스를 구성하는 입자의 크기와 입자 사이의 인력 및 반발력의 상호 작용은 모두 무시할 수 있습니다. 이것이 가스가 마치 서로 독립적으로 움직이고 행동하는 점 입자처럼 행동하는 이유입니다.

이상 기체 법칙을 나타내는 방정식은 다음과 같습니다.

이상 기체 법 시험 문제

여기서 P 는 절대 압력(일반적으로 대기압), V 는 부피(일반적으로 리터 단위), n 은 몰수, R 은 이상 기체 상수(범용 기체 상수라고도 함), T 는 켈빈 단위의 절대 온도입니다. .

이상 기체의 상태를 완전히 정의하는 데 필요한 모든 변수가 서로 관련되어 있기 때문에 상태 방정식입니다. 단순한 상태방정식이지만 광범위하게 적용할 수 있는 이상 기체 법칙은 기초 화학 학생들이 다루어야 할 가장 중요한 법칙 중 하나입니다.

이 기사에서는 이상 기체 법칙의 근본적인 측면에 대해 15가지 시험 유형의 질문 세트를 제시합니다. 그러나 먼저 이상 기체 문제를 해결하는 데 도움이 되는 몇 가지 중요한 데이터를 살펴보겠습니다.

이상 기체 법칙에 대한 일반 정보

이상 기체 상수의 값

이상 기체 상수 R은 보편적인 상수입니다. 그러나 그 수치는 표현되는 단위에 따라 다릅니다. 이러한 이유로 이상 기체 법칙을 사용하여 이 법칙과 관련된 네 가지 변수를 계산할 때 사용할 기체 상수의 값을 아는 것이 매우 중요합니다.

상수의 단위는 다음과 같습니다.

이상 기체 법 시험 문제

다음 표는 사용된 단위에 따라 이 상수의 일부 값을 나타냅니다.

가스 상수 단위
0.08206 atm.LK -1 .mol ​​-1
8,314 JK -1 .mol ​​-1
1987년 cal.K -1 .mol ​​-1

표준 및 일반 조건

이상 기체 법칙에 대한 문제와 질문에서 온도와 압력의 표준화된 조건 또는 기존 조건에 대한 참조를 찾는 것은 매우 일반적입니다. 이 경우 질문은 가스가 발견되는 온도와 압력을 직접적으로 나타내지 않고 정상 온도와 압력 조건 또는 표준 압력과 온도 등과 같은 조건을 나타냅니다.

위에서 언급한 것과 같은 경우에는 질문에 언급된 조건을 나타내는 압력 및 온도 값을 정확히 아는 것이 중요합니다. 한편, 이러한 각 조건에서 이상 기체의 몰 부피를 아는 것도 유용합니다. 이러한 값은 기체 상태에 대한 매우 빠른 계산을 수행하는 데 사용될 수 있기 때문입니다.

위의 문제는 가스의 표준 상태 또는 정상 상태가 의미하는 바에 대한 단일 규칙이 없다는 것입니다. 반면에 이러한 상태의 이름은 서로 유사한 경우가 많기 때문에 구별하기가 훨씬 더 어렵습니다. 이러한 이유로 아래에서는 화학에서 사용되는 가장 일반적인 표준 상태를 정의합니다.

표준 상태 또는 표준 주변 온도 및 압력(SATP)의 이상 기체

이것은 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)에서 권장하지 않는 정의임에도 불구하고 화학에서 가장 널리 사용되는 표준 상태 중 하나입니다. 일반적으로 표준 상태의 물질에 대해 이야기할 때 25.00 °C 의 온도와 1 atm(101.325 Pa 또는 1.01325 bar) 의 압력을 말합니다 . 이러한 조건에서 이상 기체 1몰은 24.47L 의 부피를 차지합니다.

NIST 표준 온도 및 압력(STP-NIST)

미국 국립 표준 기술 연구소(NIST, 영어 약어)에 따른 온도 및 압력의 표준 조건은 0 °C(273.15 K)1 atm(101.325 Pa 또는 1.01325 bar) 에 해당합니다 . 이러한 조건에서 이상 기체 1몰 은 22.41L를 차지합니다.

IUPAC 표준 온도 및 압력(STP-IUPAC)

IUPAC는 표준 온도 및 압력으로 NIST에서 권장하는 것과 동일한 조건을 사용했습니다. 그러나 오늘날 그들은 1 atm의 압력을 정확히 10 5 Pa에 해당하는 1 bar로 대체했으며 모든 기준 압력을 bar의 배수(정확한 파스칼의 배수를 나타냄)로 변환할 것을 권장합니다. 이러한 조건에서 이상 기체 1몰 은 22.71L를 차지합니다.

정상 온도 및 압력 조건(CNTP)

정상 온도 및 압력 조건은 특정 유형의 팬을 테스트하기 위한 조건으로 엔지니어가 자주 사용합니다. 이러한 조건은 20 °C(293.15 K) 의 온도 와 1 atm 의 압력 에 해당하며 24.05 L 의 이상 기체 1몰의 부피를 제공합니다.

다음 표는 화학 학생들이 이상 기체 법칙에 대한 시험을 풀 때 쉽게 다루어야 하는 중요한 데이터를 요약한 것입니다.

정황 온도 압력 이상기체 1몰의 부피
SATP 섭씨 25도 1기압(101.325Pa) 24.47L
STP-NIST 0°C 1기압(101.325Pa) 22.41L
STP-IUPAC 0°C 1바(100,000Pa) 22.71L
CNTP 20°C 1기압(101.325Pa) 24.06L

이상 기체 법 시험 문제

질문 1

정상적인 온도와 압력 조건에서 발견된 이상 기체 2.50 mol의 부피를 결정하십시오.

질문 #2

150°C 및 3atm 압력에서 500L 수증기 샘플 또는 50°C 및 1atm 압력에서 250L 이산화탄소 샘플 중 밀도가 더 큰 가스는 무엇입니까?

질문 #3

이산화탄소와 수증기 중에서 두 기체 중 어떤 기체가 동일한 온도와 압력 조건에서 더 이상 기체처럼 거동할 것으로 기대합니까? 그리고 그 이유는 무엇입니까?

질문 #4

기포 내부의 공기 질량이 동일하다고 가정하고 0°C 및 10 atm 압력에서 50 cm 3 의 부피로 시작하여 1 atm 및 25°C에서 끝나는 기포의 최종 부피를 계산하십시오 .

질문 #5

기체의 부피가 2배가 되고 동시에 절대온도가 2배가 되면 기체의 압력은 어떻게 될까요?

질문 #6

표준 주변 온도 및 압력 조건에서 78%의 질소 가스와 22%의 산소 가스를 포함하는 건조한 공기 샘플의 밀도(g/L)를 결정합니다.

질문 #7

15.0기압 및 25.0°C의 기체 헬륨 샘플이 있습니다. 밀도를 g/L로 계산합니다.

질문 #8

180°C 및 380mmHg의 압력에서 42.0g의 질소 가스 샘플의 부피를 계산하십시오.

질문 #9

25 K 및 10 -3 Torr 의 압력에서 500 mL 용기에 들어 있는 이 가스 샘플에는 몇 개의 크세논 원자가 있습니까 ?

질문 #10

0°C에서 22.41L 용기에 들어 있는 28.0g의 질소 가스가 가하는 압력을 파스칼 단위로 계산하십시오.

질문 #11

정상적인 온도와 압력 조건에서 밀도가 1.83 g/L인 기체의 몰 질량은 얼마입니까 ?

질문 #12

0.500atm의 압력과 200K의 온도에서 0.3241g의 미지 기체가 380mL의 부피를 차지합니다. 가스의 몰 질량을 결정하십시오.

질문 #13

2.00L 용기에 26.6mmHg의 압력을 가하는 일산화탄소 0.125g의 온도는 얼마입니까?

질문 #14

닫힌 꼭지가 달린 유리관을 통해 0.500L 플라스크가 2.00L 플라스크에 연결되어 있습니다. 첫 번째 풍선은 3.00atm의 압력과 250K의 온도에서 질소를 포함하고 두 번째 풍선은 동일한 온도에서 동일한 가스 2몰을 포함합니다. 마개가 열리고 평형에 도달한 후 시스템의 최종 압력을 계산합니다.

질문 #15

처음에 500K 및 2.00atm 압력의 가스가 1,000K로 가열되고 초기 부피가 절반으로 줄어듭니다. 용기에 들어있는 가스의 질량이 변하지 않는다는 것을 알고 최종 압력을 계산하십시오.

문제의 결과

묻다 답변
1 60.1L
2 이산화탄소
이산화탄소는 무극성 분자이기 때문에 물 분자 사이에서 일어나는 것보다 분자간 상호 작용이 약합니다.
4 546cm3 _
5 당신의 압력은 동일하게 유지됩니다.
6 0.368g/L
7 2.45g/L
8 112L
9 1,93.10 17 Xe 원자
10 1.03.10 5Pa _
열하나 44.02g/몰
12 28.0g/몰
13 191K
14 17.0 기압
열 다섯 8시

참조

장, 알., 만조, 아. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). 화학 (10 .). 맥그로힐 교육.

엔지니어링 도구 상자. (일차). STP – 표준 온도 및 압력 및 NTP – 정상 온도 및 압력 . 엔지니어링 툴박스 웹사이트. https://www.engineeringtoolbox.com/stp-standard-ntp-normal-air-d_772.html

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통합된 대화형 학습 패러다임. (2020년 10월 24일). MSDS HyperGlossary: ​​표준 온도 및 압력(STP) . 일피 홈페이지. http://www.ilpi.com/msds/ref/stp.html

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Jara M., M. (nd). 이상 기체 법칙 . Santo Tomás de Aquino 교육 네트워크. http://www.secst.cl/colegio-online/docs/05112020_402am_5fa3dbd8b44cf.pdf

칠레 교황청 가톨릭 대학교. (일차). 분위기 . uc.cl. http://www7.uc.cl/sw_educ/contam/atm/atm06.htm

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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