Uždaviniai ir jų sprendimas

1. Kai nebūtina reakcijos lygtis

1.1. Kai reikia įvertinti dujų tirpumą

Kai kurių dujų tirpumo vandenyje priklausomybės nuo temperatūros (kai p=101,325 kPa)

Dažniausiai įvairių dujų tirpumo vandenyje priklausomybės nuo temperatūros yra atvaizduojamos grafiškai. Tačiau tikslias dujų tirpumo vertes galima rasti žinynų lentelės.
Atkreipkite dėmesį: didėjant temperatūrai daugumos dujų tirpumas vandenyje mažėja!!! Ypač menkai tirpių dujų tirpumas vandenyje beveik nekinta didėjant temperatūrai.
Pagrindinių orą sudarančių dujų (N₂, O₂) tirpumas vandenyje yra gan mažas. Vandenilio bei visų inertinių dujų tirpumas vandenyje yra ypač mažas.
CO₂ ir H₂S tirpumas yra gerokai didesnis nei pagrindinių orą sudarančių dujų.
Tačiau tokių dujų, kurios ištirpę vandenyje gana gerai jonizuojasi (NH₃, SO₂, HCl), tirpumas vandenyje yra ypač didelis.

1 pav. Azoto (N₂), deguonies (O₂) ir vandenilio (H₂) dujų tirpumo vandenyje priklausomybė nuo temperatūros (kai p=101,325 kPa)

2 pav. CO₂ ir H₂S dujų tirpumo vandenyje priklausomybė nuo temperatūros (kai p=101,325 kPa)

3 pav. NH₃, SO₂ ir HCl dujų tirpumo vandenyje priklausomybė nuo temperatūros (kai p = 101,325 kPa)

Uždavinys Nr.1

Kiek litrų reikia paimti 50 ºC temperatūros vandens, norint ištirpinti 1,12 l deguonies dujų?

Uždavinio sprendimas:

1. Iš 1 pav. pavaizduotų tirpumo kreivių surandame deguonies dujų tirpumą 50 ºC temperatūros vandenyje.

50 ºC temperatūros vandenyje gali ištirpti 3 mg deguonies dujų 100 g vandens.

2. Apskaičiuojame, kiek molių sudaro 1,12 l deguonies dujų:

$n = \frac{V}{ V_m } = \frac{1,12 l}{22,4 l/mol} = 0,05 mol$

3. Apskaičiuojame deguonies dujų masę:

m = n · M = 0,05 mol · 32 g/mol = 1,6 g

4. Apskaičiuojame, kiek litrų reikia paimti vandens, norint ištirpinti 1,6 g deguonies dujų:

3 mg – 100 g (vandens)

1600 mg – x g (vandens)

x = 53333 g = 53,333 kg

V = m / ρ = 53333 / 1 g/ml = 53333 ml = 53,333 l

Atsakymas: reikia 53,333 litrų vandens.

Uždavinys Nr.2

Apskaičiuokite, koks tūris amoniako dujų išsiskirs šildant 1 kg sotųjį amoniako tirpalą nuo 20 ºC iki 40 ºC temperatūros. Kokia bus amoniako masės dalis 20 ºC ir 40 ºC temperatūros tirpaluose?

Uždavinio sprendimas:

1. Iš 3 pav. pavaizduotų tirpumo kreivių surandame amoniako dujų tirpumą 20 ºC ir 40 ºC temperatūros vandenyje.

20 ºC temperatūros vandenyje gali ištirpti 52,5 g amoniako dujų 100 g vandens.

40 ºC temperatūros vandenyje gali ištirpti 30 g amoniako dujų 100 g vandens.

2. Apskaičiuojame, kiek gramų amoniako ir vandens (tirpiklio) yra 20 ºC temperatūros 1 kg sotaus tirpalo:

m(tirpalo) = 100 g (vandens) + 52,5 g (NH₃) = 152,5 g

152,5 g (tirpalo) – 52,5 g (NH₃)

1000 g (tirpalo) – x g (NH₃)

x = 344,26 g (NH₃)

m (H₂O) = 1000 g – 344,26 g = 655,74 g

3. Apskaičiuojame kiek gramų amoniako gali ištirpti 40 ºC temperatūros vandenyje (655,4 g):

100 g (vandens) – 30 g (NH₃)

655,4 g (vandens) - x g (NH₃)

x = 196,72 g

4. Apskaičiuojame koks tūris amoniako dujų išsiskirs šildant tirpalą nuo 20 ºC iki 40 ºC:

m(NH₃)_išsiskirs = 344,26 g – 196,72 g = 147,54 g

Norint masę paversti į tūrį, reikia susirasti molius:

$n= \frac{m}{M} = \frac{147,54 g}{17 g/mol} = 8,68 mol$

V = n · V_m= 8,68 mol · 22,4 l/mol = 194,4 l

5. Apskaičiuojame 20 ºC temperatūros amoniako masės dalį tirpale:

1000 g (tirpalo) – 344,26 g (NH₃)

100 g (tirpalo) – x g (NH₃)

x = 34,43 %

(arba w % (NH₃) = $\frac{344,26}{1000} \cdot 100 \% = 34,43 \%$ )

6. Apskaičiuojame 40 ºC temperatūros amoniako masės dalį tirpale:

m(tirpalo) = 655,74 g + 196,72 g = 852,46 g

852,46 g (tirpalo) – 196,72 g (NH₃)

100 g (tirpalo) – x g (NH₃)

x = 23,08 %

Atsakymas: 194,4 l; 34,43 %; 23,08 %