Хорошо растворимый газ в воде растворили

Хорошо растворимый газ в воде растворили

Подготовка к ЕГЭ по химии и олимпиадам

Растворимость (Р, χ или ks) – это характеристика насыщенного раствора, которая показывает, какая масса растворенного вещества может максимально раствориться в 100 г растворителя. Размерность растворимости — г/ 100 г воды. Поскольку мы определяем массу соли, которая приходится на 100 г воды, в формулу растворимости добавляем множитель 100:

здесь mр.в. – масса растворенного вещества, г

mр-ля – масса растворителя, г

Иногда используют обозначение коэффициент растворимости kS.

Задачи на растворимость, как правило, вызывают сложности, так как эта физическая величина для школьников не очень привычна.

Растворимость веществ в различных растворителях меняется в широких пределах.

В таблтце приведена растворимость некоторых веществ в воде при 20 o С:

Растворимость, г на 100 г H2O

Растворимость, г на 100 г H2O

От чего же зависит растворимость веществ? От ряда факторов: от природы растворенного вещества и растворителя, от температуры и давления. В справочных таблицах предлагается вещества делят на хорошо растворимые, малорастворимые и нерастворимые. Такое деление очень условное, поскольку абсолютно нерастворимых веществ нет. Даже серебро и золото растворимы в воде, однако их растворимость настолько мала, что можно пернебречь ей.

Зависимость растворимости от природы растворенного вещества и растворителя*

Растворимость твердых веществ в жидкостях зависит от структуры твердого вещества (от типа кристаллической решетки твердого вещества). Например , вещества с металлическими кристаллическими решетками (железо, медь и др.) очень мало растворимы в воде. Вещества с ионной кристаллической решеткой, как правило, хорошо растворимы в воде.

Есть замечательное правило: “подобное хорошо растворяется в подобном”. Вещества с ионным или полярным типом связи хорошо растворяются в полярных растворителях. Например , соли хорошо растворимы в воде. В то же время неполярные вещества, как правило, хорошо растворяются в неполярных растворителях.

Большинство солей щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде. Хорошо растворимы почти все нитраты, нитриты и многие галогениды (кроме галогенидов серебра, ртути, свинца и таллия) и сульфаты (кроме сульфатов щелочноземельных металлов, серебра и свинца). Для переходных металлов характерна небольшая растворимость их сульфидов, фосфатов, карбонатов и некоторых других солей.

Растворимость газов в жидкостях также зависит от их природы. Например, в 100 объемах воды при 20 o С растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода. В тех же условиях в 1 объеме Н2О растворяется 700 объемов аммиака.

Влияние температуры на растворимость газов, твердых веществ и жидкостей*

Растворение газов в воде вследствие гидратации молекул растворяемого газа сопровождается выделением теплоты. Поэтому при повышении температуры растворимость газов понижается.

Температура различным образом влияет на растворимость твердых веществ в воде. В большинстве случаев растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры. Например , растворимость нитрата натрия NaNO3 и нитрата калия КNO3 при нагревании увеличивается (процесс растворения протекает с поглощением теплоты). Растворимость NaCl при увеличении температуры возрастает незначительно, что связано с почти нулевым тепловым эффектом растворения поваренной соли.

Влияние давления на растворимость газов, твердых веществ и жидкостей*

На растворимость твердых и жидких веществ в жидкостях давление практически не оказывает влияния, так как изменение объема при растворении невелико. При растворении газообразных веществ в жидкости происходит уменьшение объема системы, поэтому повышение давления приводит к увеличению растворимости газов. В общем виде зависимость растворимости газов от давления подчиняется закону У. Генри (Англия, 1803 г.): растворимость газа при постоянной температуре прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.

Закон Генри справедлив лишь при небольших давлениях для газов, растворимость которых сравнительно невелика и при условии отсутствия химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем.

Влияние посторонних веществ на растворимость*

В присутствии в воде других веществ (солей, кислот и щелочей) растворимость газов уменьшается. Растворимость газообразного хлора в насыщенном водном растворе поваренной соли в 10 раз меньше. Чем в чистой воде.

Эффект понижения растворимости в присутствии солей называется высаливанием. Понижение растворимости обусловлено гидратацией солей, что вызывает уменьшение числа свободных молекул воды. Молекулы воды, связанные с ионами электролита, уже не являются растворителем для других веществ.

Примеры задач на растворимость

Задача 1. Массовая доля вещества в насыщенном растворе равна 24% при некоторой температуре. Определите коэффициент растворимости этого вещества при данной температуре.

Читайте также:  Попугай постоянно чешется что делать

Решение:

Для определения растворимости вещества примем массу раствора равной 100 г. Тогда масса соли равна:

Масса воды равна:

mводы = mр-ра – mр.в. = 100 — 24 = 76 г

χ = mр.в./mр-ля⋅100 = 24/76⋅100 = 31,6 г вещества на 100 г воды.

Еще несколько аналогичных задач:

2. Массовая доля соли в насыщенном растворе при некоторой температуре равна 28,5%. Определите коэффициент растворимости вещества при этой температуре.

3. Определите коэффициент растворимости нитрата калия при некоторой температуре, если массовая доля соли при этой температуре равна 0,48.

4. Какая масса воды и соли потребуется для приготовления 500г насыщенного при некоторой температуре раствора нитрата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 63,9г соли в 100г воды?

5. Коэффициент растворимости хлорида натрия при некоторой температуре составляет 36г соли в 100г воды. Определите молярную концентрацию насыщенного раствора этой соли, если плотность раствора 1,2 г/мл.

6. Какая масса соли и 5% раствора её потребуется для приготовления 450г насыщенного при некоторой температуре раствора сульфата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 439г/1000г воды?

7. Какая масса нитрата бария выделится из раствора, насыщенного при100ºС и охлаждённого до 0ºС, если во взятом растворе было 150мл воды? Коэффициент растворимости нитрата бария при температурах 0ºС и 100ºС равен соответственно 50г и 342г в 100г воды.

8. Коэффициент растворимости хлорида калия при 90ºС равен 500г/л воды. Сколько граммов этого вещества можно растворить в 500г воды при 90ºС и какова его массовая доля в насыщенном растворе при этой температуре?

9. В 500г воды растворено при нагревании 300г хлорида аммония. Какая масса хлорида аммония выделится из раствора при его охлаждении до 50ºС, если коэффициент растворимости соли при этой температуре равен 50г/л воды?

Все газы растворяются в жидкостях, причем процесс растворения всегда оказывается экзотермическим. Это легко понять: молекулы газа ни с чем не связаны, затрата энергии на разрыв каких-либо химических связей отсутствует. Из этого следует, что растворимость газов уменьшается при повышении температуры. Если оставить в теплом помещении стакан с холодной водой, то на внутренней поверхности стакана через некоторое время появляются пузырьки газа — это воздух, который был растворен в воде, выделяется из нее вследствие нагревания. Кипячением можно удалить из воды весь содержащийся в ней воздух или другие газы.

Газообразное вещество отличается от жидкого и твердого еще и тем, что не имеет постоянной концентрации в собственной фазе. При изменении давления изменяется содержание газа в единице объема. Это влияет на равновесие между жидкостью и газом, и таким образом, растворимость газа зависит от давления. О том, какова взаимосвязь между давлением и растворимостью газа, можно сделать вывод самостоятельно, зная, что при откупоривании бутылки с газированным напитком наблюдается бурное выделение пузырьков газа.

Представим себе замкнутый сосуд, в котором установилось равновесие между газообразным веществом и его раствором в жидкости:

газообразное вещество X вещество X в растворе.

При увеличении давления газа за счет добавления его в сосуд равновесие сместится так, что давление несколько понизится — часть газа перейдет в раствор, и концентрация вещества в растворе увеличится. Следовательно, увеличится растворимость. Зависимость растворимости газа от давления подчиняется закону Генри.

Растворимость газа в жидкости пропорциональна давлению газа над поверхностью жидкости.

В природных водах всегда присутствует растворенный воздух, иначе говоря, все газы, имеющиеся в воздухе, растворяются и в воде. Па растворимость отдельно взятого газа не влияет давление, создаваемое другими газами. Например, парциальное давление кислорода в воздухе составляет 21 кПа. Остальные 80,3 кПа приходятся на давление азота и других газов и влияют на их растворимость, но не на растворимость кислорода. Закон растворимости газов был уточнен Дальтоном и носит название закона Генри — Дальтона.

Растворимость газа X в жидкости пропорциональна парциальному давлению данного газа над поверхностью жидкости:

Коэффициент растворимости к зависит от температуры; каждый газ имеет свое значение к.

Зависимость растворимости газа от его парциального давления используется для насыщения жидкости тем или иным газом. Струю газа пропускают (барботируют) через жидкость. Газ растворяется в соответствии с созданным давлением, и одновременно удаляются все другие растворенные газы.

Читайте также:  Альбумин глобулиновый коэффициент повышен

В одном литре воды при О °С и давлении углекислого газа 101,3 кПа растворяется 3,35 г этого газа. Можно увеличить давление газа вдвое, тогда и растворимость газа увеличится вдвое — до 6,7 г/л. При удвоенном давлении эта масса в виде газа занимает тот же объем, что и 3,35 г при первоначальном давлении, так как масса газа в данном объеме при данной температуре пропорциональна давлению:

Таким образом, оказывается, что объемная растворимость газа не зависит от давления. Она зависит от температуры и природы газа. Поэтому растворимость газа наиболее удобно выражать через объемный коэффициент растворимости Ку. Численно он равен объему газа, растворяющемуся в единице объема жидкости при данной температуре. В табл. 12.1 приведены объемные коэффициенты растворимости некоторых газов в воде. Газы с Kv 1.

Объемные коэффициенты растворимости газов в воде

От количества растворённого в пластовой нефти газа зависят все её важнейшие свойства: вязкость, сжимаемость, термическое расширение, плотность и другие.

Распределение компонентов нефтяного газа между жидкой и газообразной фазами определяется закономерностями процессов растворения. Способность газа, растворятся в нефти и воде, имеет большое значение на всех этапах разработки месторождений от добычи нефти до процессов подготовки и транспортировки.

Сложность состава нефти и широкий диапазон давлений и температур затрудняют применение термодинамических уравнений для оценки газонасыщенности нефти при высоких давлениях.

Процесс растворения для идеального газа при небольших давлениях и температурах описывается законом Генри:

или , (2.35)

где Vж – объём жидкости-растворителя;

a – коэффициент растворимости газа;

Vг – объём газа, растворённого при данной температуре;

Р – давление газа над поверхностью жидкости

К – константа Генри (К = f(a)).

Коэффициент растворимости газа (a) показывает, какое количество газа (Vг) растворяется в единице объёма жидкости (Vж) при данном давлении:

. (2.36)

Коэффициент растворимости зависит от природы газа и жидкости, давления, температуры.

Природа воды и углеводородов различна. Углеводородная составляющая нефтяного газа растворяется хорошо в углеводородных системах, в нефти, а в воде хуже. Неуглеводородные компоненты нефтяного газа, такие как СО, СО2, Н2S, N2 растворяются лучше в воде. Например, пластовая вода сеноманского горизонта Западной Сибири очень газирована, она содержит приблизительно 5 м 3 газа СО и СО2 на 1 т пластовой воды.

Растворимость углеводородов в нефти подчиняется закону Генри. С повышением давления растворимость углеводородного газа растёт.

С повышением температуры растворимость углеводородных газов в нефти ухудшается.

Рис. 2.5. Изотермы растворимости газов при температуре 50 о С в нефтях:

1. – ромашкинская (Р); 2. – сураханская (С); 3. – небитдагская (Н);

4. – туймазинская (Т) по данным Т.П. Сафроновой и Т.П. Жузе

Разные компоненты нефтяного газа обладают различной растворимостью в нефтяных системах. С увеличением молекулярной массы газового компонента коэффициент растворимости его в углеводородных системах возрастает. На степень растворения углеводородных газов больше влияет не молекулярная масса растворителя, а его природы.

Растворимость углеводородных газов в нефти увеличивается с повышением содержания в ней парафиновых углеводородов. Работает принцип подобия: подобное растворяется в подобном. При высоком содержании ароматических углеводородов в нефти ухудшается растворимость в ней газов.

Растворимость углеводородов в водене подчиняется закону Генри.

Из эксперимента известно, что при давлении 35 атм и температуре 35°С нефтяной газ растворяется в воде в количестве (Vг/Vж) = 1 м 3 /м 3 . Однако, при повышении давления в 10 раз до 350 атм растворимость газа увеличилась всего в 4 раза и составляет 4 м 3 /м 3 . Это объясняется тем, что с повышением давления растворимость газов (a) в воде увеличивается, согласно закону Генри.

Однако с увеличением давления возрастает и растворимость солей в воде, то есть увеличивается минерализация воды. При увеличении минерализации (М), растворимость газов в воде уменьшается (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Изменение растворимости природного газа в воде в зависимости от минерализации

Этим и объясняется отклонение зависимости растворимости углеводородов в воде от линейного вида, и при повышенных давлениях не подчинению закону Генри (рис. 2.7).

Читайте также:  Что такое брудеры для цыплят бройлеров

Рис. 2.7. Кривые растворимости газа в чистой и соленой воде при различных температурах и давлениях: 1,2 – дистиллированная вода; 3,4 – 2 М раствор NaCl

Растворимость углеводородного газа в минерализованной воде оценивается по эмпирической формуле:

где aпл – растворимость нефтяного газа в пластовой воде, м 3 м 3 ;

aпр – растворимость нефтяного газа в пресной воде (рис. 2.8);

k – поправочный коэффициент на минерализацию в зависимости от температуры (табл. 2.5);

М – содержание солей, %.

Значения поправочных коэффициентов на минерализацию в зависимости от температуры

Температура, о С
Коэффициент, k 0,091 0,074 0,050 0,044 0,033

Рис. 2.8. Зависимость растворимости природного газа в пресной воде от температуры при различных давлениях

Рассмотримпример. Определить растворимость углеводородных газов в пластовой воде при давлении 105 атм, температуре 35°С и минерализации 30000 мг/л (3 %).

Решение. Для определения растворимости углеводородных газов в пластовой воде пользуемся формулой 2.37. Находим значение коэффициента растворимости газа в пресной воде (a), используя рис. 2.8. При температуре 5 о С и давлении 105 атм величина a = 2,16 м 3 /м 3 . Величина поправочного коэффициента оцениваем на основе данных таблицы 2.5, k ≈ 0,07. Растворимость углеводородного газа в пластовой воде рассчитываем по 2.37:

aрт = 2,16 · (1 – (0,0 7 · 3) = 2,16 · 0,79 = 1,7 (м 3 /м 3 ).

Растворимость газа зависит от температуры. С увеличением температуры растворимость углеводородов в воде вначале уменьшается, а затем возрастает, пройдя через максимум (рис. 2.9). Причем температура минимальной растворимости различных газов возрастает с увеличением размера молекулы газа. Температура минимальной растворимости газов зависит от давления.

Рис. 2.9. Изменение температуры минимальной растворимости этана в зависимости от давления при 0 o С

Коэффициент растворимости нефтяных газов в воде изменяется в широких пределах и достигает 4-5·10 -5 м 3 /(м 3 ·Па).

Количество выделившегося из нефти газа зависит не только от содержания газа в нефти, но и от способа дегазирования. Различают контактное разгазирование, когда выделившийся газ находится в контакте с нефтью, и дифференциальное разгазирование, когда выделившийся из нефти газ непрерывно отводится из системы. Строгое соблюдение условий дифференциального дегазирования в лабораторных условиях затруднено, поэтому оно заменяется на ступенчатое дегазирование, используется многократное (ступенчатое) разгазирование.

В процессе добычи нефти встречаются оба способа дегазирования. В начальные периоды снижения давления от давления насыщения, когда газ ещё неподвижен относительно нефти, происходит контактное разгазирование. В последующий период, по мере выделения газа из нефти, газ быстрее движется к забою скважины и можно говорить о дифференциальном разгазировании

Рис. 2.10. Зависимость количества растворенного в нефти газа от давления при: 1. – контактных процессах растворения и дегазации; 2. – дифференциальном растворении; 3. – дифференциальной дегазации

Коэффициент разгазирования определяется как количество газа, выделившегося из единицы объёма нефти при снижении давления на единицу. Коэффициент разгазирования при контактном способе разгазирования будет меньше, чем при дифференциальном способе разгазирования.

При дифференциальном способе разгазирования нефти количество газа, остающегося в растворенном состоянии (условия по давлению разгазирования одинаковые) будет больше, чем при контактном способе (рис. 2.10). Это связано с преимущественным переходом в паровую фазу метана в начале процесса дегазации. С удалением метана из системы при дифференциальном способе разгазирования нефти в паровой фазе увеличивается содержание тяжелых углеводородов, что вызывает повышение растворимости их в нефти.

При движении газа по пласту наблюдается так, называемый, дроссельный эффект – уменьшение давления газового потока при его движении через сужения в каналах. При этом наблюдается изменение температуры. Интенсивность изменения температуры при изменении давления характеризуется коэффициентом ДжоуляТомсона:

где DТ – изменение температуры;

a – коэффициент Джоуля–Томсона (зависит от природы газа, давления, температуры);

DР – изменение давления.

Понижение температуры при движении газа в пласте даже при больших перепадах давления сравнительно невелико. В пластовых условиях, как правило, движение газа происходит в изотермических условиях. Ближе к забою, особенно в забойных штуцерах, процесс дросселирования газа может привести к значительному снижению температуры, что имеет большое значение при эксплуатации нефтяных месторождений с высоким содержанием парафина.

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 1431 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию
Хаски уход и содержание в частном доме
Вряд ли кто-то останется равнодушным, встретив на прогулке умный пронзительный взгляд прозрачно-голубых глаз собаки с необычным окрасом, делающим ее похожей...
Форум энгистол
если с летом, то 5.меня больше мононуклеоз волновал в плане последствий п.с. и назначен он был иммунологом для восстановления иммунитета...
Фосфалюгель для собак как давать
Каждый любитель животных знает, что его хвостатые подопечные могут заболеть точно так же, как и любой человек. При этом, можно...
Хаски фото цена в беларуси
Щенки Сибирского Хаски, девочки с голубыми глазами. Щенки от Чистокровных родителей. Приезжайте, могу показать маму и папу щенков. Вся подробная...
Adblock detector