Определить плотность кислорода при давлении 1,2 * 10^ 5 Па, если

Краткое описание химических свойств и плотность кислорода

Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия, неона и аргона. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно (кроме галогенов, золота и платины). Скорость взаимодействия кислорода как с простыми, так и со сложными веществами зависит от природы вещества и от температуры.

Некоторые вещества, например оксид азота (II), гемоглобин крови, уже при комнатной температуре соединяются с кислородом воздуха со значительной скоростью. Многие реакции окисления ускоряются катализаторами. Например, в присутствии дисперсной платины смесь водорода с кислородом воспламеняется при комнатной температуре.

O2 N2↔2NO (электрический разряд);

O2 S = SO2 (сгорание на воздухе);

O2 C = CO2 (600-700 o С, сжигание на воздухе);

O2 2Mg = 2MgO (сгорание на воздухе);

Горение в чистом кислороде происходит гораздо энергичнее, чем в воздухе. Хотя при этом выделяется такое же количество теплоты, как и при горении в воздухе, но процесс протекает быстрее и выделяющаяся теплота не тратится на нагревание азота воздуха; поэтому температура горения в кислороде значительно выше, чем в воздухе.

Tables of standard reference data. liquid and gaseous oxygen. density, enthalpy, entropy and isobaric heat capacity at temperatures from 70-1000 k and pressures from 0,1 to 100 mpa

РАЗРАБОТАНЫ Московским ордена Ленина энергетическим институтом; Одесским институтом инженеров морского флота; Всесоюзным научно-исследовательским институтом метрологической службы

Вредность и опасность кислорода

За внешней безобидностью скрывается очень опасный газ, но об этом на нашем сайте опубликована статья про маслоопасность и взрывоопасность кислорода и мы не будем здесь дублировать информацию.

История открытия

Схема атома кислорода Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли первого августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

2HgO (t) → 2Hg O2↑

Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье.

Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.

Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.

Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория.

Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.

Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

История открытия кислорода

Открытие кислорода приписывают Джозефу Пристли (Joseph Priestley). У него была лаборатория, оборудованная приборами для собирания газов. Он испытывал его физиологическое действие на себе и на мышах. Пристли установил, что после вдыхания газа некоторое время ощущается приятная легкость.

Мыши в герметически закрытой банке с воздухом задыхаются быстрей, чем в банке с O 2. Поскольку Пристли был приверженцем флогистонной теории он так и не узнал, что оказалось у него в руках. Он только описал этот газ, даже не догадываясь, что он описал. А вот лавры открытия кислорода принадлежат Антуан Лоран Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier), который и дал ему имя.

Лавуазье, поставил свой знаменитый опыт, продолжавшийся 12 дней. Он нагревал ртуть в реторте. При кипении образовывалась ее красная окись. Когда реторту охладили, оказалось, что воздуха в ней убыло почти на 1/6 его объема, а остаток ртути весил меньше, чем перед нагревом. Но когда разложили окись ртути сильным прокаливанием, все вернулось: и недостача ртути, и «исчезнувший» кислород.

Впоследствии Лавуазье установил, что этот газ входит в состав азотной, серной, фосфорной кислот. Он ошибочно полагал, что O 2 обязательно входит в состав кислот, и поэтому назвал его «оксигениум», что значит «рождающий кислоты». Теперь хорошо известны кислоты, лишенные «оксигениума» (например: соляная, сероводородная, синильная и др.).

Кислород – рождающий кислоты

Кислород химический элемент, атомный номер 8, атомная масса 15,9994. Обычно концентрация кислорода (в виде молекул O 2) в атмосфере на уровне моря составляет по объему 21%. Кислород немного тяжелее воздуха, вес 1 м 3 при 0° и 760 мм рт. ст. равен 1,43 кг.

Плотность по отношению к воздуху 1,1. При температуре -182,97°C и давлении 760 мм рт. ст. кислород превращается в голубоватую легко подвижную жидкость, энергично испаряющуюся при нормальной температуре. При этом занимаемый газом объем уменьшается примерно в 850 раз.

При нагревании жидкий кислород снова превращается в газ. Вес 1 л жидкого кислорода при температуре -183°C равен 1,14 кг. Жидкий кислород при атмосферном давлении затвердевает при температуре -218,4°C и образует кристаллы голубоватого цвета. Химическая формула – O. В обычных условиях молекула кислорода двухатомная — O 2.

Кислород при нормальных условиях (температуре и давлении) представляет собой прозрачный газ без запаха, вкуса и цвета. Не относится к горючим газам, но способен активно поддерживать горение.

По химической активности среди неметаллов он занимает второе место после фтора.

Все элементы, кроме благородных металлов (платина, золото, серебро, родий, палладий и др.) и инертных газов (гелий, аргон, ксенон, криптон и неон), вступают в реакцию окисления и образовывают оксиды. Процесс окисления элементов, как правило, носит экзотермический (с выделением теплоты) характер.

Кислород жидкий и газообразный. плотность, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость при температурах 70-1000 к и давлениях 0,1-100 мпа

GSSSD 19-81

Кислород физические свойства

Кислород (при нормальных условиях) – бесцветный газ без вкуса и запаха, активно поддерживающий процесс горения. Немного тяжелее воздуха, его плотность при 0°С и давлении 760 мм рт. ст. составляет 1,43 кг/м3. Мало растворим в воде и спирте.

При охлаждении до -183°С и давлении 760 мм рт. ст. кислород превращается в бледно-голубую жидкость без запаха, а при -218,8°С – замерзает.

Кислород наиболее распространен на Земле. В земной коре (около 47% по массе) существует в связанном виде, в атмосфере (около 23% по массе) – в свободном.

Основные способы получения кислорода:

• Из воздуха путем его очищения от механических примесей, влаги и углекислоты, сжатия в компрессорах, охлаждения до сжижения и последующего разделения на кислород и азот при медленном повышении температуры: азот, имеющий меньшую температуру кипения, испаряется и отводится в окружающую среду, а кислород накапливается в жидком виде (криогенная ректификация);
• Электролизом дистиллированной воды, протекающим по формальной реакции: 2H2O → O2↑ 2H2↑ ; поскольку чистая вода практически не проводит ток, в нее добавляются электролиты, например, KOH или NaOH;
• В лабораторных условиях – каталитическое разложение пероксида водорода H2O2, разложение нагреванием оксидов тяжелых металлов (например, оксида ртути HgO), перманганата калия KMnO4, хлората калия KClO3 и др.

Кислород газообразный технический, согласно ГОСТ 5583-78, выпускается двух сортов: первого и второго. Баллон с кислородом окрашен в голубой цвет, с надписью «Кислород» черного цвета (ПБ 10-115-96, ГОСТ 949-73). Номинальное давление газообразного кислорода в баллоне и автореципиенте при 20°С (ГОСТ 5583-78) составляет 150 кгс/см2 (14,7 МПа) или 200 кгс/см2 (19,6 МПа).

Определить плотность кислорода при давлении 1,2 * 10^ 5 па, если

Плотность кислорода и другие его физические свойства

Кислород растворяется в воде, хотя и в небольших количествах: 100 объемов воды при 0 o C растворяют 4,9, а при 20 o C – 3,1 объема кислорода. Важнейшие константы кислорода представлены в таблице ниже:

Таблица 1. Физические свойства и плотность кислорода.

Плотность, кг/м 3

Температура плавления, o С

Температура кипения, o С

Энергия ионизации атома, эВ

Радиус атома, нм

Кислород образует двухатомные молекулы, характеризующиеся высокой прочностью: стандартная энтальпия атомизации кислорода равна 498 кДж/моль. При комнатной температуре его диссоциация на атомы ничтожна; лишь при 1500 o C она становится заметной.

Твердый кислород синего цвета, а жидкий – голубого. Окраска обусловлена взаимным влиянием молекул.

Известны три аллотропные формы кислорода: кислород O2, озон O3 и крайне неустойчивый тетракислород O4.

Получение кислорода

Получают кислород несколькими способами. В лаборатории кислород получают из Кислородсодержащих веществ, которые могут легко его отщеплять, например из перманганата калия КМnO4 (рис. 41) или из бертолетовой соли КСlO3: 2КМnО4 = K2MnO4 МnО2 O2↑

2КСlO3 = 2КСl O2↑ При получении кислорода из бертолетовой соли для ускорения реакции должен присутствовать катализатор — двуокись марганца. Катализатор ускоряет разложение и делает его более равномерным. Без катализатора может

Рис. 41. Прибор для получения кислорода лабораторный способом из перманганата калия. 1 — перманганат калия; 2 — кислород; 3 — вата; 4 — цилиндр — сборник.

произойти взрыв, если бертолетова соль взята в большом количестве и особенно если она загрязнена органическими веществами. Из перекиси водорода кислород получают также в присутствии катализатора — двуокиси марганца МnО2 по уравнению: 2Н2O2[МnО2] = 2Н2O О2

■ 17. Зачем при разложении бертолетовой соли добавляют МnО2? (См. Ответ) 18. Образующийся при разложении КМnO4 кислород можно собирать над водой. Отразите это в схеме прибора. 19. Иногда при отсутствии в лаборатории двуокиси марганца вместо нее в бертолетову соль добавляют немного остатка после прокаливания перманганата калия. Почему возможна такая замена? 20. Какой объем кислорода выделится при разложении 5 молей бертолетовой соли? (См. Ответ)

Кислород может быть получен также разложением Нитратов при нагревании выше температуры плавления: 2KNO3 = 2KNO2 О2 В промышленности кислород получают в основном из жидкого воздуха. Переведенный в жидкое состояние воздух подвергают испарению. Сначала улетучивается азот (его температура кипения — 195,8°), а кислород остается (его температура кипения —183°).

■ 21. Перечислите известные вам лабораторные и промышленные способы получения кислорода. Запищите их в тетрадь, сопровождая каждый способ уравнением реакции. (См. Ответ) 22. Являются ли реакции, используемые для получения кислорода, окислительно-восстановительными?

Дайте обоснованный ответ. 23. Взято по 10 г следующих веществ; перманганата калия, бертолетовой соли, нитрата калия. В каком случае удастся получить наибольший объем кислорода? 24. В кислороде, полученном при нагревании 20 г перманганата калия, сожгли 1 г угля. Какой процент перманганата подвергся разложению? (См. Ответ)

Применение кислорода

Помимо того, что все живые существам в природе, за исключением немногих микроорганизмов, при дыхании потребляют кислород, он широко применяется во многих отраслях промышленности: металлургической, химической, машиностроении, авиации, ракетостроении и даже в медицине.

В химической промышленности его применяет:

• при получении ацетилена из природного газа (метана);
• при производстве кислот (азотной, серной);
• для газификации твердого топлива;
• для производства аммиака, формальдегида и метанола.

В металлургии его используют:

• при получении цветных металлов из руд;
• при выплавке чугуна в доменных печах;
• при выплавке стали в мартеновских и электрических печах;
• кислородно-конверторной выплавке стали.

В медицинских целях больным, у которых нарушена нормальная деятельность органов дыхания или кровообращения, искусственно увеличивают содержание O 2 в воздухе или дают дышать непродолжительное время чистым O 2. Медицинский кислород, выпускаемый ГОСТ 5583, особенно тщательно очищают от всех примесей.

Применение кислорода в сварке

Сам по себе O 2 является негорючим газом, но из-за свойства активно поддерживать горение и увеличения интенсивности (интенсификации) горения газов и жидкого топлива его используют в ракетных энергетических установках и во всех процессах газопламенной обработки.

При полуавтоматической сварке (MIG/MAG) кислород O 2 используют как компонент защитных газовых смесей с аргоном (Ar) или углекислым газом (CO 2).

Кислород добавляют в аргон при полуавтоматической сварке легированных сталей для обеспечения устойчивости горения дуги и струйного переноса расплавленного металла в сварочную ванну. Дело в том, что как поверхностно активный элемент он уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя образованию на конце электрода более мелких капель.

При сварке низколегированных и низкоуглеродистых сталей полуавтоматом O 2 добавляют в углекислый газ для обеспечения глубокого проплавления и хорошего формирования сварного шва, а также для уменьшения разбрызгивания.

Чаще всего кислород используют в газообразном виде, а в виде жидкости используют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.

Применение при сварке и резке

Кислород – важнейший газ для сварки и резки. При сжигании горючего газа в воздухе образуется пламя с температурой не более 2000°C, а в технически чистом кислороде она может превышать 2500–3000°C. Именно такая температура пламени практически пригодна для сварки многих металлов.

При газопламенной обработке обычно используется кислород с объемным содержанием 99,2–99,5% и выше. Для неответственных видов газовой сварки, пайки, поверхностной закалки и других способов нагрева газовым пламенем может применяться кислород чистотой 92–98%.

Для сварки и резки используют кислород в газообразном виде, поступающий от баллона, газификационной установки (СГУ-1, СГУ-4, СГУ-7К, СГУ-8К, ГХ-0,75, ГХК-3 и др.) или автономной станции (КГСН-150, К-0,15, К-0,4, К-0,5 и др.). При значительных объемах потребления кислород безопаснее и экономически целесообразнее хранить и транспортировать в жидком, а не газообразном виде, несмотря на неизбежные потери при испарении сжиженного газа.

Превращение жидкого кислорода в газообразный осуществляется в газификационных установках – насосных или безнасосных. Примером насосной установки может служить стационарная установка АГУ-2М, предназначенная для газификации непереохлажденного кислорода и наполнения реципиентов и баллонов под давлением до 240 кгс/см2 (24 МПа).

При испарении 1 л жидкого кислорода образуется около 860 л газообразного (при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С). При транспортировке жидкого кислорода масса тары, приходящаяся на 1кг кислорода, в 10 и более раз меньше, чем при транспортировке газообразного. При хранении, перевозке и газификации сжиженного газа неизбежны потери на его испарение.

Расчета объема газообразного кислорода в баллоне.

Для расчета объема газообразного кислорода в баллоне в м3 при нормальных условиях используют формулу (ГОСТ 5583-78):

V = K1 • Vб,

где K1 – коэффициент, Vб – вместимость баллона в дм3 (л).

Некоторые значения коэффициента K1 для расчета объема газообразного кислорода при нормальных условиях

Характеристики марок газообразного технического кислорода (ГОСТ 5583-78)

Примеры решения задач

Mr conditional (mixture) = 0,2 × 32 0,4 × 2 0,4 × 34 = 6,4 0,8 13,6 = 20,8.

Найдем относительную плотность смеси по водороду:

j (CH4) = 5 / (5 20) = 5 / 25 = 0,2.

j (Ne) = V(Ne) / Vmixture_gas;

j (Ne) = 20 / (5 20) = 20 / 25 = 0,8.

Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси:

Mr conditional (mixture) = 0,2 × 16 0,8 × 20 = 3,2 16 = 19,2.

Найдем относительную плотность смеси по кислороду:

Источник

Распространенность кислорода в природе

Кислород является самым распространенным элементом земной коры. В атмосфере его находится около 23% (масс.), в составе воды – около 89%, в человеческом организме – около 65%, в песке содержится 53% кислорода, в глине – 56% и т.д. Если подсчитать его количество в воздухе (атмосфере), воде (гидросфере) и доступной непосредственному химическому исследованию части твердой земной коры (литосфере), то окажется, что на долю кислорода приходится примерно 50% их общей массы.

В связанном состоянии кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ. Так, например, вода, песок, многие горные породы и минералы, встречающиеся в земной коре, содержат кислород. Кислород является составной частью многих органических соединений, например белков, жиров и углеводов, имеющих исключительно большое значение в жизни растений, животных и человека.

Рассчитать плотность кислорода при температуре 47c и давлении 5*10^5 па — учеба и наука — физика

Список литературы

1. Kamerlingh Onnes Н., Kuypers Н.A. Isotherms of di-atomic substances and their binary mixtures. XXV. On the isotherms of oxygen at low temperatures. — Comm. Phys. Lab. Univ. Leiden, 1924, N 169a, p.3-9.

2. Nijhоff G.P., Кeesоm W.H. Isotherms of di-atomic substances and their binary mixtures. XXXIII. Isotherms of oxygen between -40 °C and -152,5 °C and pressures from 3 to 9 atmospheres. — Comm. Phys. Lab. Univ. Leiden, 1925, N 179b, p.11-19.

3. Hоlbоrn L., Otto J.

4. Miсhels A., Sсhamp H.W., de Graaf W. Compressibility isotherms of oxygen at 0, 25 and 50 °C and at pressures up to 135 atmospheres. — Physica, 1954, vol. 20, p.1209-1214.

5. The densities of liquid argon, krypton, xenon, oxygen, nitrogen, carbon monoxide, methane and carbon tetrafluoride along the orthobaric liquid curve/Terry M.J., Lynch J.Т., Bunclark M. etc. — J. Chem. Thermodynamics, 1969, vol. 1, p.413-424.

6. Goldman K., Sсrase N.G. Densities of saturated liquid oxygen and nitrogen. — Physica, 1969, vol. 44, p.555-586.

7. Weber L.A. PVT, thermodynamic and related properties of oxygen from triple point to 300 К at pressures to 33 MN/m

8. Street W.В., Sagan L.S. PVT data for oxygen from 90 to 250 К and pressures to 684 atm. — In: Advances in cryogenic engineering. New York, 1975, vol. 20, p.240-243.

9. Термодинамические свойства индивидуальных веществ/Гурвич Л.В., Венц И.В., Медведев В.А. и др. 3-е изд. М.: Наука, 1978. Т.I, кн.2-327 с.

10. Goodwin R.D., Weber L.A. Specific heats

11. Термодинамические свойства кислорода/Сычев В.В., Вассерман А.А., Козлов А.Д., Спиридонов Г.А., Цымарный В.А. М.: Изд-во стандартов 1981. — 312 с.

12. Landolt Н.,

Способы получения кислорода

В основном кислород получают тремя способами:

• разделение воздуха путем низкотемпературной ректификации (глубокого охлаждения);
• разложение воды путем электролиза (пропускание электрического тока);
• химический способ.

Из атмосферного воздуха его получают методом глубокого охлаждения, как побочный продукт при получении азота.

Также O 2 добывают путем пропускания электрического тока через воду (электролиз воды) с попутным получением водорода.

Химические способ получения малопроизводителен, а, следовательно, и неэкономичен, он не нашел широкого применения и используются в лабораторной практике.

Наверно многие помнят химический опыт, когда в колбе нагревают марганцовку (перманганат калия KMnO 4), а потом выделяющийся в процессе нагрева газ собирают в другую колбу?

А весь фокус был, когда в данную колбу помещали тлеющую лучинку и она вспыхивала ярким пламенем и учитель объяснял, что выделившийся газ — O 2, который поддерживает горение. И что процесс горения — это не что иное, как процесс окисления.

Таблица 1. плотность кислорода

     Продолжение

Таблица 2. энтальпия кислорода

Продолжение

Таблица 3. энтропия кислорода

Продолжение

Таблица 4. изобарная теплоемкость кислорода

     Продолжение

Таблица 5. средние квадратические случайные погрешности расчетных значений плотности

Таблица 6. средние квадратические случайные погрешности расчетных значений энтальпии

Таблица 7. средние квадратические случайные погрешности расчетных значений энтропии

Таблица 8. средние квадратические случайные погрешности расчетных значений изобарной теплоемкости

Заметим, что уравнение состояния в вириальной форме, использованное при расчете настоящих таблиц, не отображает достоверно поведение термодинамических функций вблизи критической точки (при

Подробные сведения об экспериментальных исследованиях термодинамических свойств кислорода и о точности усредненного уравнения состояния даны в [11]. В отличие от [11], в таблицах ССД не представлены значения для интервала температур 1050-1500 К и значения в ряде точек при температурах выше 300 К и давлениях выше 30 МПа, а также при температурах ниже 150 К и давлениях 70-100 МПа, что обусловлено отсутствием экспериментальных данных и ростом разброса расчетных значений термодинамических функций в этих областях параметров.

Таблица плотности газов

Теплопроводность жидкого кислорода на линии насыщения

В таблице указаны значения коэффициента теплопроводности жидкого кислорода на линии насыщения. Теплопроводность дана в диапазоне температуры от 90 до 150 К. Следует отметить, что теплопроводность жидкого кислорода при увеличении температуры снижается.

Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице дана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000.

Источник

Характеристики кислорода

Характеристики O 2 представлены в таблицах ниже:

Коэффициент перевода объема и массы O 2 при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Газ, м 3 Жидкость, л

Коэффициенты перевода объема и массы O 2 при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Газ, м 3 Жидкость, л

Кислород в баллоне

Наименование Объем баллона, л Масса газа в баллоне, кг Объем газа (м 3 ) при Т=15°С, Р=0,1 МПа

Благодаря этой таблице теперь можно легко дать ответы на вопросы, которые очень часто задают сварщики:

• Сколько кислорода в баллоне в м 3 ?
  Ответ: в 40 литровом баллоне 6,3 м 3
• Сколько в баллоне кислорода?
  Ответ: в 40 литровом баллоне 6,3 м 3 или 8,42 кг
• Сколько весит баллон кислорода?
  Ответ:
  58,5 кг — масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949;
  8,42 — кг масса кислорода в баллоне;
  Итого: 58,5 8,42 = 69,92 кг вес баллона с кислородом.

Для того, чтобы приблизительно узнать сколько кислорода в баллоне, нужно вместимость баллона (м 3 ) умножить на давление (МПа). Например, если вместимость баллона 40 литров (0,04 м 3 ), а давление газа 15 МПа, то объем кислорода в баллоне равен 0,04×15=6 м 3 .

Давление кислорода в баллоне при различной температуре окружающей среды

Температура окружающей среды Давление в баллоне, МПа

Источник

Хранение и транспортировка кислорода

Кислород газообразный технический и медицинский выпускают по ГОСТ 5583.

Хранят и транспортируют его в стальных баллонах ГОСТ 949 под давлением 15 МПа. Кислородные баллоны окрашены в синий цвет с надписью черными буквами «КИСЛОРОД».

Жидкий кислород выпускается по ГОСТ 6331. O 2 находится в жидком состоянии только при получении, хранении и транспортировке. Для газовой сварки или газовой резки его необходимо снова превратить в газообразное состояние.