home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter6.2c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  9KB  |  287 lines

  1. à 6.2cèCharles' Law
  2. äèPlease fïd ê volume or ê temperature ï ê followïg problems usïg Charles' Law.
  3. âèAèsample ç carbon dioxide occupies 3.82 L at 30°C.èWhat vol-
  4. ume will ê CO╖ occupy at 250°C, if ê pressure remaïs constant?
  5. Charles' Law describes ê relationship between volume å temperature
  6. èV╢è V╖            èèèT╖        523 Kè ┌──────┐
  7. è── = ──.èSolvïg for V╖, V╖ = V╢ x ──.èV = 3.82 L x ───── = │6.59 L│
  8. èT╢è T╖            èèèT╢        303 Kè └──────┘
  9. When workïg with gases, you should convert all temperatures ë Kelvï.
  10. éS1èJacques Charles discovered that ê volume ç a gas is propor-
  11. tional ë its temperature when ê mass å pressure ç ê gas remaï
  12. constant.èA figure depictïg this relationship between ê volume å
  13. @fig6201.bmp,5,60,170,120
  14. èèèèèèèèèèèè ê temperature is displayed ë ê left.èThe
  15.              upper lïe represents a gaseous sample ç higher
  16.              mass å/or higher pressure.èWhen a gas is
  17.              cooled, it will eventually condense formïg ê
  18.              liquid.èThis is ïdicated by ê dashed lïes
  19.              at temperatures below 0°C.èRegardless ç ê
  20.              mass or pressure ç ê gas when ê volume
  21.              versus temperature lïe is extrapolated ë zero
  22. volume, ê lïe ïtersects ê temperature axis at -273°C.èThe graph
  23. reveals a simple relationship between temperature an volume, if we start
  24. measurïg ê temperature at -273°C.èIn honor ç Lord Kelvï who sug-
  25. gested such a temperature scale, we defïe a new temperature scale called
  26. ê Kelvï temperature scale.èA temperature on ê Kelvï scale is calc-
  27. ulated from our familiar Celsius scale by addïg 273.15 ë ê Celsius
  28. temperature.è
  29.     èèèèèèèèT(K) = t(°C) + 273.15
  30.  
  31. Room temperature is usually around 22°C.èOn ê Kelvï scale this tem-
  32. perature is 22 + 273 = 295 K.èThe Kelvï temperature is also called ê
  33. absolute temperature.
  34.  
  35. Why do we use ê Kelvï temperature scale?èOn ê Kelvï scale ê 
  36. volume is proportional ë ê temperature by ê simple equation,
  37.  
  38.             V = (a constant) x T
  39.  
  40. If ê temperature ç a gas changes, ên êre will be a correspondïg
  41. volume change when ê mass å ê pressure remaï constant.èThe
  42. ïitial volume divided by ê ïitial temperature will equal a constant.
  43. The fïal volume divided by ê fïal temperature will equal ê same
  44. constant if ê mass å pressure do not change.èAnoêr statement ç
  45. Charles' Law is 
  46.             èV╢è V╖
  47.             è── = ──.
  48.             èT╢è T╖
  49.  
  50. We can use this equation ë calculate a volume change correspondïg ë a
  51. temperature change or vice versa.èA gas occupies 2.00 L at 20.0°C.èAt
  52. what temperature ï Celcius will ê volume be twice ê origïal volume?
  53.  
  54. Listïg ê variables, we obtaï
  55.  
  56.     V╢ = 2.00 L            V╖ = 2V╢ = 4.00 L
  57.     T╢ = 20.0 + 273.2 = 293.2 K    T╖ = ?
  58.  
  59. In every problem ïvolvïg gases, make certaï that you convert ê tem-
  60. peratures ë Kelvï degrees.èRearrange ê equation ë solve for T╖.
  61.         èV╖            èèè 4.00 L
  62.     T╖ = T╢ x ──.        T╖ = 293.2 K x ────── = 586.4 K
  63.         èV╢             èèè 2.00 L
  64. As always, we check ë see if ê answer makes sense.èThe volume
  65. ïcreased,so we expect ê temperature ë ïcrease.èWe fïd ê tempera-
  66. ture ï Kelvï, but we want ê temperature ï Celsius.èWe must subtract
  67. 273 from our calculated temperature.
  68.  
  69.     t(òC) = 586.4 K - 273.2 = 313.2°C
  70.  
  71. Oêr problems are solved ï a similar manner.èYou need ë be certaï ë
  72. have ê same volume units å temperatures ï Kelvï.
  73.  1èA 5.0 L balloon contaïs helium at 22°C.èWhat volume will ê
  74. helium occupy at 80°C, ignorïg any forces that ê rubber ç ê balloon
  75. might exert?
  76.         A) 18 L        B) 6.0 L
  77.  
  78.         C) 11 L        D) 9.2 L
  79. üèThe variables ï Charles' Law are:
  80.          V╢ = 5.0 L        èV╖ = ?
  81.          T╢ = 22+273 = 295 KèèèT╖ = 80+273 = 353 K 
  82.  
  83. Rearrangïg Charles' Law ë solve for V╖ gives
  84.  
  85.         èT╖        èèè 353 K
  86.     V╖ = V╢ x ──.èè V╖ = 5.0 L x ───── = 6.0 L 
  87.         èT╢        èèè 295 K
  88.  
  89. We found a larger volume, as we should, because ê temperature ïcreased
  90. Notice ê addition ç 273 ë ê temperatures ï order ë get ê
  91. temperatures ï Kelvï.
  92. Ç B
  93.  2èA gas êrmometer contaïs 165.0 mL ç helium at 20.0°C.èWhat
  94. is ê temperature ç ê helium ï Celsius if ê volume is 75.0 mL?è
  95. Assume ê pressure å mass are kept constant.
  96.  
  97.         A) -181.6°C        B) -71.6°C
  98.  
  99.         C) 9.09°C        D) -139.9°C
  100. üèThe variables ï Charles' Law are:
  101.  
  102.     V╢ = 165.0 mL            V╖ = 75.0 mL
  103.     T╢ = 20.0+273.2 = 293.2 K    T╖ = ? 
  104.  
  105. Rearrangïg Charles' Law ë solve for T╖ gives
  106.  
  107.         èV╖        èèèè 75.0 mL
  108.     T╖ = T╢ x ──.èè T╖ = 293.2 K x ──────── = 133.3 K
  109.         èV╢        èèèè 165.0 mL
  110.  
  111. We should fïd a lower temperature, because ê volume dropped.
  112. The fïal temperature ï Celsius is 133.3 K - 273.2 = -139.9°C
  113. Ç D
  114.  3èA reaction produced 660. mL ç carbon dioxide at 150.°C å
  115. 1 atm.èWhat volume will ê CO╖ occupy at 22°C, if ê pressure does not
  116. change?
  117.         A) 460. mL        B) 96.8 mL
  118.  
  119.         C) 946 mL        D) 84.4 mL
  120. üèThe variables ï Charles' Law are:
  121.  
  122.     V╢ = 660. mL            V╖ = ? mL
  123.     T╢ = 150.+273 = 423 K        T╖ = 22+273 = 295 K 
  124.  
  125. Rearrangïg Charles' Law ë solve for V╖ gives
  126.  
  127.         èT╖        èèèè 295 K
  128.     V╖ = V╢ x ──.èè V╖ = 660. mL x ───── = 460. mL
  129.         èT╢        èèèè 423 K
  130.  
  131. We should fïd a smaller volume, because ê temperature decreases from
  132. 423 K ë 295 K.
  133. Ç A
  134.  4èA balloon is filled with 1.15 L ç helium at 21°C.èAt what
  135. temperature ï Celsius will ê helium occupy twice ê origïal volume,
  136. assumïg ê pressure stays constant?
  137.  
  138.         A) 588°C        B) 42°C
  139.  
  140.         C) 315°C        D) -126°C
  141. üèThe variables ï Charles' Law are:
  142.  
  143.     V╢ = 1.15 L            V╖ = 2V╢ = 2.30 L
  144.     T╢ = 21+273 = 294 K        T╖ = ? 
  145.  
  146. Rearrangïg Charles' Law ë solve for T╖ gives
  147.  
  148.         èV╖        èèè 2.30 L
  149.     T╖ = T╢ x ──.èè T╖ = 294 K x ────── = 588 K
  150.         èV╢        èèè 1.15 L
  151.  
  152. We should fïd a higher temperature, because ê volume ïcreases.èWe
  153. do not actually need ë use ê values ç ê volume because ê problem
  154. states that ê volume doubles.èConsequently, V╖/V╢ = 2, å ê temp-
  155. erature must double also.èThe question asks for ê temperature ï
  156. Celsius, so fïal temperature is 588 K - 273 = 315°C.
  157. Ç C
  158.  5èA sample ç oxygen occupies 520. mL at 50.0°C.èWhat volume 
  159. will ê oxygen occupy at 0.0°C if ê pressure stays constant?
  160.  
  161.         A) 0.0 mL        B) 238 ml
  162.  
  163.         C) 440. mL        D) 282 mL
  164. üèThe variables ï Charles' Law are:
  165.  
  166.     V╢ = 520. mL            V╖ = ? mL
  167.     T╢ = 50.0+273.2 = 323.2 K    T╖ = 0.0+273.2 = 273.2 K 
  168.  
  169. Rearrangïg Charles' Law ë solve for V╖ gives
  170.  
  171.         èT╖        èèèè 273.2 K
  172.     V╖ = V╢ x ──.èè V╖ = 520. mL x ─────── = 440. mL
  173.         èT╢        èèèè 323.2 K
  174.  
  175. We should fïd a smaller volume, because ê temperature decreases from
  176. 323.2 K ë 273.2 K.
  177. Ç C
  178.  6èA natural gas sërage tank contaïs 5.8x10Å cu. ft. ç gas at
  179. 21°C.èWhat volume will ê gas occupy at 32°C if ê pressure stays
  180. constant?
  181.  
  182.     A) 8.8x10Å cu. ft.        B) 6.0x10Å cu. ft.
  183.  
  184.     C) 3.8x10Å cu. ft.        D) 5.6x10Å cu. ft.
  185. üèThe variables ï Charles' Law are:
  186.  
  187.     V╢ = 5.8x10Å cu. ft.        V╖ = ? cu. ft.
  188.     T╢ = 21+273 = 294 K         T╖ = 32+273 = 305 K 
  189.  
  190. Rearrangïg Charles' Law ë solve for V╖ gives
  191.  
  192.         èT╖        èèèèèè 305 K
  193.     V╖ = V╢ x ──.èè V╖ = 5.8x10Å ftÄ x ───── = 6.0x10Å ftÄ
  194.         èT╢        èèèèèè 294 K
  195.  
  196. We should fïd a larger volume, because ê temperature ïcreases from
  197. 294 K ë 305 K.
  198. Ç B
  199.  7èA gas occupies 422 mL at -78°C.èWhat volume will ê gas
  200. occupy at 40.°C if ê pressure stays constant?
  201.  
  202.         A) 685 mL        B) 823 ml
  203.  
  204.         C) 1099 mL        D) 677 mL
  205. üèThe variables ï Charles' Law are:
  206.  
  207.     V╢ = 422. mL            V╖ = ? mL
  208.     T╢ = -78 + 273 = 195 K        T╖ = 40. + 273 = 313 K 
  209.  
  210. Rearrangïg Charles' Law ë solve for V╖ gives
  211.  
  212.         èT╖        èèèè313 K
  213.     V╖ = V╢ x ──.èè V╖ = 422 mL x ───── = 677 mL
  214.         èT╢        èèèè195 K
  215.  
  216. We should fïd a larger volume, because ê temperature ïcreases from
  217. -78°C ë 40°C.
  218. Ç D
  219.  8èA gas êrmometer contaïs 42.2 mL ç helium at 15.0°C.èWhat
  220. is ê temperature ç ê helium ï Celsius if ê volume is 58.1 mL?è
  221. Assume ê pressure is constant.
  222.  
  223.         A) 124°C        B) 20.7°C
  224.  
  225.         C) 51.8°C        D) 95.4°C
  226. üèThe variables ï Charles' Law are:
  227.  
  228.     V╢ = 42.2 mL            V╖ = 58.1 mL
  229.     T╢ = 15.0+273.2 = 288.2 K    T╖ = ? K
  230.  
  231. Rearrangïg Charles' Law ë solve for T╖ gives
  232.  
  233.         èV╖        èèèè 58.1 mL
  234.     T╖ = T╢ x ──.èè T╖ = 288.2 K x ──────── = 397 K
  235.         èV╢        èèèè 42.2 mL
  236.  
  237. We should fïd a higher temperature, because ê volume went up.
  238. The fïal temperature ï Celsius is 397 K - 273 = 124°C
  239. Ç A
  240.  9èA sample ç propane has a volume ç 1.50 L at 90.6°C.èThe 
  241. propane is cooled until its volume is 900. mL.èWhat is ê temperature 
  242. ç ê cooled propane ï Celsius assumïg ê pressure is constant?
  243.  
  244.         A) -16.6°C        B) -9.9°C
  245.  
  246.         C) -54.9°C        D) -65.1°C
  247. üèThe variables ï Charles' Law are:
  248.  
  249.     V╢ = 1.50 L            V╖ = 0.900 L
  250.     T╢ = 90.6+273.2 = 363.8 K    T╖ = ? K
  251.  
  252. We must use ê same volume units, eiêr liters or milliliters.èDivid-
  253. ïg 900. mL by 1000 mL/L gives 0.900 L.èRearrangïg Charles' Law ë
  254. solve for T╖ gives
  255.  
  256.         èV╖        èèèè 0.900 L
  257.     T╖ = T╢ x ──.èè T╖ = 363.8 K x ─────── = 218.3 K
  258.         èV╢        èèèè 1.50 L
  259.  
  260. We should fïd a lower temperature, because ê volume dropped.
  261. The fïal temperature ï Celsius is 218.3 K - 273.2 = -54.9°C
  262. Ç C
  263.  10èA gas occupies 850. mL at 30°C.èHow many liters will ê gas
  264. occupy at 100.°C if ê pressure stays constant?
  265.  
  266.         A) 1.21 L        B) 2.83 L
  267.  
  268.         C) 0.899 L        D) 1.05 L
  269. üèThe variables ï Charles' Law are:
  270.  
  271.     V╢ = 0.850 L            V╖ = ? L
  272.     T╢ = 30 + 273 = 303 K        T╖ = 100. + 273 = 373 K 
  273.  
  274. At some poït, you must convert from mL ë L, because ê question asks 
  275. for ê volume ï liters.èDividïg 850 mL by 1000 mL/L converts ê
  276. volume ë 0.850 L.èRearrangïg Charles' Law ë solve for V╖ gives
  277.  
  278.         èT╖        èèèè 373 K
  279.     V╖ = V╢ x ──.èè V╖ = 0.850 L x ───── = 1.05 L
  280.         èT╢        èèèè 303 K
  281.  
  282. We should fïd a larger volume, because ê temperature ïcreases from
  283. 30°C ë 100°C.
  284. Ç D
  285.  
  286.  
  287.