Какова плотность газовой смеси, состоящей из сульфида бария и фосфида бария, после ее охлаждения до -20°С

Чтобы решить данную задачу, нам понадобятся некоторые физические константы и формула для вычисления плотности газа. Плотность газа определяется как отношение массы газа к его объему. Формула для вычисления плотности газа имеет вид:

\[ \text{Плотность газа} = \frac{\text{Масса газа}}{\text{Объем газа}} \]

Для решения задачи нам необходимо знать молярные массы сульфида бария (BaS) и фосфида бария (BaP). Молярная масса выражается в г/моль и показывает, сколько граммов вещества содержится в одном моле.

Молярная масса сульфида бария (BaS) равна примерно 241.37 г/моль, а молярная масса фосфида бария (BaP) равна примерно 233.39 г/моль.

Чтобы вычислить массу смеси, нам нужно знать количество вещества каждого газа в смеси. Поскольку мы не знаем их конкретные значения в задаче, предположим, что у нас есть 1 моль смеси газов. Таким образом, можем сказать, что у нас будет по полмоля каждого газа в смеси (полмоля сульфида бария и полмоля фосфида бария).

Теперь мы можем перейти к вычислению массы каждого газа в смеси. Для этого умножим количество молей каждого газа на его молярную массу.

Масса сульфида бария (BaS):
\[ m_{\text{BaS}} = 0.5 \, \text{моль} \times 241.37 \, \text{г/моль} = 120.685 \, \text{г} \]

Масса фосфида бария (BaP):
\[ m_{\text{BaP}} = 0.5 \, \text{моль} \times 233.39 \, \text{г/моль} = 116.695 \, \text{г} \]

Суммируя массы обоих газов, мы найдем массу газовой смеси:
\[ m_{\text{смеси}} = m_{\text{BaS}} + m_{\text{BaP}} = 120.685 \, \text{г} + 116.695 \, \text{г} = 237.38 \, \text{г} \]

Теперь необходимо найти объем газовой смеси. В условии сказано, что смесь была охлаждена до -20°C при нормальном давлении. При нормальных условиях температура равна 0°C, а давление равно 1 атмосфере. Для расчетов мы можем использовать общее газовое уравнение:

\[ PV = nRT \]

где:
P - давление газа,
V - объем газа,
n - количество вещества (в молях),
R - универсальная газовая постоянная (приближенное значение: 0.0821 атм·л/моль·K),
T - температура газа (в Кельвинах).

Нам известны давление (1 атмосфера) и температура (-20°C), и мы хотим найти объем (V). Перейдем от градусов Цельсия к Кельвинам:

\[ T = -20 + 273 = 253 \text{ K} \]

Теперь мы можем переписать уравнение:

\[ V = \frac{nRT}{P} \]

В нашем случае количество вещества равно 1 молю, универсальная газовая постоянная \( R = 0.0821 \) атм·л/моль·K, давление \( P = 1 \) атмосфера, температура \( T = 253 \) K.

Подставляя эти значения в уравнение, мы найдем объем газовой смеси:

\[ V = \frac{(1 \, \text{моль}) \times (0.0821 \, \text{атм} \cdot \text{л}/\text{моль} \cdot \text{K}) \times (253 \, \text{К})}{1 \, \text{атмосфера}} \]

\[ V = 0.0821 \cdot 253 \, \text{л} = 20.7913 \, \text{л} \]

Теперь мы знаем массу газовой смеси (\( 237.38 \, \text{г} \)) и ее объем (\( 20.7913 \, \text{л} \)). Подставим эти значения в формулу для вычисления плотности газа:

\[ \text{Плотность газа} = \frac{237.38 \, \text{г}}{20.7913 \, \text{л}} \]

\[ \text{Плотность газа} \approx 11.4 \, \text{г/л} \]

Таким образом, плотность газовой смеси, состоящей из сульфида бария и фосфида бария, после ее охлаждения до -20°С при нормальном давлении, составляет примерно 11.4 г/л.