Задачи на закон или правило Генри-Дальтона

Суть закона Генри-Дальтона состоит в том, что концентрация растворённого в природной воде того или иного газа, помимо температуры (чем выше температура воды, тем растворимость газа уменьшается) и минерализации (чем выше минерализация воды, тем растворимость газа также уменьшается), зависит от природы самого газа и от его парциального давления в газовой смеси, например, в воздухе.

В атмосферном воздухе содержатся многие газы; помимо азота, кислорода и аргона, в ничтожно малых количествах, другие инертные газы, а также аммиак, метан и другие углеводороды, различные окислы азота, окислы углерода, серосодержащие газы и др.

Вместе с тем, мы не можем говорить о том, чем меньше содержится того или иного газа в воздухе, тем его концентрация в природных водах ниже.

Некоторые воздушные газы имеют весьма высокую растворимость, в первую очередь, аммиак, а также сероводород, сернистый газ, хлористый водород и нек. др. Существуют газы умеренной растворимости, например, углекислый газ, окисляя азота. Такие газы, как азот и кислород относят, обычно, к газам плохо растворимым.

 

Задача 252

Какова максимально возможная концентрация (мг/л) молекулярного азота (N₂) в пресной воде при выбранном парциальном давлении (например, 760 мм.рт.ст.) и данной температуре? Содержание молекулярного азота в воздухе 976125 мг/м³. Растворимость азота в воде при нормальных условиях 15, 4 мл/л. Алгоритм решения подобных задач предложен еще во второй половине ХIХ в. Д.И. Менделеевым в своей книге «Основы химии».

Решение:

1). Найдём плотность азота или возьмём это значение из прилагаемой ниже таблицы.

Ρ = 28 г/моль (молярная масса азота): 22, 4 моль/л (молярный объём) = 1, 25 г/л.

Переведём эту величину в мг/л. 1, 25 г/л = 1250 мг/л.

2). По условию, содержание молекулярного азота в воздухе 976125 мг/м³, следовательно, если 1 л N₂ имеет массу 1250 мг, то какой объём (л) будет иметь N₂, содержащийся в 1 м³ воздуха?

1250 мг – 1 л.

976125 мг – Х л. Х = 976125: 1250 =780, 9 л, т.е. концентрация азота в воздухе, равная 976125 мг/м³ (по условию задачи) соответствует 780, 9 л/м³.

3). Переведём 780, 9 л/м³ в %

1 м³ = 1000 л, т.е. 1000 л есть 100%, следовательно, 780, 9 л – 78, 1%. Это и есть % содержание азота в воздухе. Если в условии концентрация газа уже даётся в %, то предыдущие три действия не нужны.

4). Рассуждаем следующим образом. Если бы в воздухе содержалось 100% молекулярного азота, тогаз растворялся бы при парциальном давлении 1 атм. или760 мм.рт.ст. (нормальное атмосферное давление).

100% - 1 атм.

78, 1% - Х атм. Х = 78, 1: 100 = 0, 781 атм, т.е. азот воздуха растворяется именно при этом парциальном давлении.

5). Растворимость N₂ при 1 атм. 15, 4 мл/л, а при 0, 781 атм. – Х мл/л. Отсюда Х = 12, 03 мл/л.

6). Переведём концентрацию азота в воздухе из мл/л в мг/л, поскольку это требуется по условию задачи. Используем значение плотности азота.

1000 мл N₂ «весит» 1250 мг, следовательно, 12, 03 мл «весят» (1250 ∙ 12, 3: 1000) 15, 375 мг/л Это и есть ответ.

 

Варианты задачи 252

Какова максимально возможная концентрация (в мг/л) газа (конкретный газ и его химическая формула указаны в таблице) в природной воде при её определенной температуре и минерализации, если его растворимость (в мл/л) при данных условиях и парциальном давлении 1 атм. указана в таблице. Содержание данного газа в воздухе (в мг/м³) также указано в прилагаемой таблице.

№ задачи	Газ, его формула	Содержание в воздухе, мг/м3	Растворимость газа при парциальном давлении 1 атм., мл/л
	Водород, Н2	0, 0446	20, 6
	Водород, Н2	0, 0446	16, 4
	Гелий, Не	0, 02	20, 4
	Закись азота, N2O	0, 45
	Закись азота, N2O	0, 45
	Гелий, Не	0, 02	9, 9
	Оксид азота, (II), NO	0, 07	51, 5
	Сероводород, H2S	0, 05
	Сероводород, H2S	0, 05
	Сероводород, H2S	0, 05
	Сероводород, H2S	0, 05
	Сероводород, H2S	0, 05
	Сернистый, SO2	0, 05
	Сернистый, SO2	0, 05
	Аммиак, NH3	0, 6
	Аммиак, NH3	0, 6
	Гелий, Не	0, 92857	9, 9
	Неон, Ne	16, 0714	11, 6
	Углекислый, СО2	589, 2857
	Азот, N2	976125	15, 4
	Кислород, О2
	Аргон, Ar	16607, 14
	Метан, СН4	1, 571	55, 6
	Криптон, Kr	3, 9286
	Закись азота, N2О	1, 964
	Водород, Н2	0, 0446	18, 2
	Ксенон, Хе	0, 4679
	Озон, О3	0, 02143
	Окись углерода, СО	0, 075
	Окись углерода, СО	1, 25
	Сернистый, SO2	2, 857
	Закись азота, N2O	0, 982
	Озон, О3	0, 214
	Диоксид азота, NO2	1, 027∙ 10-3	73, 8
	Диоксид азота, NO2	2, 054∙ 10-3	73, 8
	Диоксид азота, NO2	0, 0411	73, 8

 

Плотности некоторых газов

Газ, название	г/дм3, мг/см3, кг/м3	г/м3
Углекислый, СО2	1, 96
Сернистый газ, оксид серы (IV), SO2	2, 86
Аммиак, NH3	0, 76
Водород, Н2	0, 09
Аргон, Ar	1, 79
Кислород, О2	1, 43
Азот, N2	1, 25
Оксид азота (II), окись азота, NO	1, 34
Оксид азота (I), закись азота, N2O	1, 96
Двуокись азота, оксид азота (IV), NO2	2, 05
Окись углерода, оксид углерода (II), СО	1, 25
Хлористый водород, HCl	1, 63
Метан, СН4	0, 71
Гелий, Не	0, 18
Сероводород, H2S	1, 52
Неон, Ne	0, 90
Криптон, Kr	3, 74
Озон, O3	2, 14
Ксенон, Xe	5, 86