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1 Chapter 5 Gases 3 5.1
2 2 NaN 3 (s) 2Na(s) + 3N 2 (g) Air bag 45.5L sodium azide?,,? 3 5.2
3 ? 1.,,, 2. P, V, n, T ( )
4 5.1,, = 1L = 10 3 cm 3 = 10-3 m 3 m=m n ( ) T k = t c : psi, mmhg, atm( ) bar = 1atm =760mmHg SI Unit 1Pa = 1 newton/m 2 (= kpa) 3 5.4
5 Barometric Pressure Standard Atmospheric Pressure 1.00 atm 760 mm Hg, 760 torr kpa bar mbar 3 5.5
6 5.2 V = volume (liters, cm 3, m 3 ) n = amount in moles T = temperature (in K) P = pressure (atmospheres) 3 5.6
7 Boyle s Law Boyle 1662 P 1 V PV = constant 3 5.7
8 Charles s Law Charles 1787 Gay-Lussac 1802 V T V = b T 3 5.8
9 STP Gas properties depend on conditions. Define standard conditions of temperature and pressure (STP). P = 1 atm = 760 mm Hg T = 0 C = K 3 5.9
10 Avogadro s Law Gay-Lussac 1808 Small volumes of gases react in the ratio of small whole numbers. Avogadro 1811 Equal volumes of gases have equal numbers of molecules (V n )and Gas molecules may break up when they react
11 Formation of Water
12 3 5.12
13 P T n V Boyle V 1/P Charles V T Avogadro V n P nt/v : PV nt: PV/nT = const. Const. = (1atm L)/(1 mol K) = R PV = nrt : Ideal Gas Law R, L atm/(mol K)= 8.31J/(mol K), No attraction between particle!
14 : 255 lb/in 2 75%?,. V and T are constant, so P 2 /P 1 = n 2 /n 1 ; n 2 = 0.25 n 1 P 2 = 0.25 P 1 = lb/in 2 = 64 lb/in
15 P, V, n, T 25 C 50.0 L 15.0 mol O 2? nrt P = = V (15.0 mol)( L atm/mol K)(298 K) 50.0 L = 7.34 atm R = L atm/(mol K) V liter, P, T K, and n
16 27 C, 735 mm Hg O 2 (g)?, (1L) O 2 n= PV RT = (735/760 mm Hg)(1.00 L) ( L atm /mol K)(300 K) mass = mol g/mol = 1.26 g d = 1.26 g/l (M ) n M P D = = = M ( P/RT = n/v) V RT = mol
17 ( ) g 100 C 752 mm Hg g ml? n, g, n = PV RT = (752 / 760 atm)( L) L atm / mol K)(373 K) = mol g = M mol M = 58.0 g/mol
18 C, 735 mm Hg 16.0 L H 2 (g) Zn? Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (g) Path to follow: V H 2 n H 2 n Zn m Zn n H2 PV (735/760 atm)(16.0 L) = = = mol H RT 2 m Zn ( L atm/mol K)(293 K) 1 mol Zn g Zn = mol H 2 = 42.0 g Zn 1 mol H 2 1 mol Zn
19 2 NaN 3 (s) 2Na(s) + 3N 2 (g) 45.5L Air bag sodium azide?, dkq 828mmHg, 22 C PV n N2 = = =2.05 mol, n NaN3 = RT (828/760)atm 45.5L ( L atm/mol K) (295.2K) 2 mol NaN 2 3 mol N 2 = 1.37 mol NaN g/mol = 88.8 g,,?
20 5.5 Dalton : ) 2NH 4 NO 3 (s) 2N 2 (g) + 4H 2 O(g) + O 2 (g) 2.0 mol NH 4 NO 3, 10.0 L, 300K:? P tot = P A + P B + P C +... P A A, P B B,... : P H2 O P gas = P tot P H2 O
21 Partial Pressure P tot = P a + P b + V a = n a RT/P tot and V tot = V a + V b + V a V tot n a RT/P = tot = n a n tot RT/P tot n tot Recall n a n tot = χ a P a P tot n a RT/V = tot = n a n tot RT/V tot n tot
22 Dalton s Law P A = X A P tot 734 mm Hg (X = )? P O2 = (734 mm Hg) = 154 mm Hg
23 5.6 (p128) Particles are point masses in constant, random, straight line motion. Particles are separated by great distances. Collisions are rapid and elastic. No force between particles. Total energy remains constant
24 Pressure Assessing Collision Forces Translational kinetic energy, E t e = k 1 2 mu 2 Frequency of collisions, v = u N V Impulse or momentum transfer, I = mu Pressure proportional to impulse times frequency P N V 2 mu
25 Pressure and Molecular Speed P = m u Three dimensional systems lead to: N V u m is the modal speed u av is the simple average u rms = 2 u
26 E t T E t = ½ (mass)(avg. speed) 2 = ½ mu 2 ½mu 2 T E t = 3RT 2N A - ( mu 2 = 3PV/N) - T - T E t
27 Assume one mole: PV = 1 3 N A m u 2 PV=RT so: 3RT = N A m u 2 N A m= M: 3RT = M u 2 Rearrange: u rms = 3RT M
28 (Distribution of Molecular Speeds) u rms = 3RT M
29 R = (in the proper units.) 0 C H 2? u = ([ ] 273/2.02) 1/2 = m/s
30 Graham s Law : T m u. m 2 u 2 2 = m 1 u 2 1 (rate2) / (rate1) = (M 1 / M 2 ) 1/2 T, P 2.42.? (M / 32.0 g/mol) 1/2 = 2.42 M = (2.42) g/mol = 187 g/mol
31 5.7 : V m -V m V m < 0 (finite volume) V m -V m V m > 0 (high P, low T)
32 3 5.32
33 7, 23, 29, 33, 43, 45, 55, 61, 79,
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