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Masa desconocida en la ley de Dalton de las presiones parciales

Un aire con masa de $0.454\ \mathrm{kg}$ y una masa desconocida de $\ce{CO2}$ ocupan un depósito de 85 litros a $2068.44\ \mathrm{kPa}$ . Si la presión parcial del $\ce{CO2}$ es $344.74\ \mathrm{kPa}$ determine su masa.

La respuesta es $0.138\ \mathrm{kg}$

Ok vamos a configurar la Ley de Dalton:

$$\begin{align} p_\text{total} &= p_\text{air} + p_{\ce{CO2}} \\ 2068.44 &= \left(mRT/V\right)_\text{air} + 344.74 \\ m_\text{air} &= 0.454\ \mathrm{kg} \\ R_\text{air} &= 0.287\ \mathrm{kJ/(kg\ K)} \\ T_\text{air}/V_\text{air} &= 18847.73126 \end{align}$$

Ok así que tengo que sacar algo de:

$$\begin{align} T_\text{air}/V_\text{air} &= 18847.73126 \\ V_\text{total} &= V_\text{air} + V_{\ce{CO2}} = 0.085\ \mathrm{m^3} \end{align}$$

Ok así que estoy básicamente atascado allí. sólo 2 ecuaciones para 3 incógnitas.

¿Alguna pista? ¿O estoy enfocando esto de forma totalmente equivocada?

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Suponiendo que la presión total $p_\text{total}=2068.44\ \mathrm{kPa}$ es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales de acuerdo con la ley de Dalton, la presión parcial del aire $p_\text{air}$ puede calcularse del siguiente modo:

$$\begin{align} p_\text{total}&=p_\text{air}+p_{\ce{CO2}}\\[6pt] p_\text{air}&=p_\text{total}-p_{\ce{CO2}}\\[6pt] &=2068.44\ \mathrm{kPa}-344.74\ \mathrm{kPa}\\[6pt] &=1723.70\ \mathrm{kPa} \end{align}$$

Dado que la masa molar $M$ se define como

$$M=\frac mn$$

donde $m$ es la masa y $n$ es la cantidad de sustancia, la ley de los gases ideales

$$p\cdot V = n\cdot R\cdot T$$

donde $V$ es el volumen, $R$ es la constante molar de los gases, y $T$ es la temperatura, puede reescribirse como

$$\begin{align} p\cdot V&=\frac{m\cdot R\cdot T}M\\[6pt] \frac V{R\cdot T}&=\frac m{M\cdot p} \end{align}$$

Esta ecuación se aplica al aire $$\frac V{R\cdot T}=\frac {m_\text{air}}{M_\text{air}\cdot p_\text{air}}$$ donde $m_\text{air}=0.454\ \mathrm{kg}$ es la masa de aire dada y $M_\text{air}=28.97\ \mathrm{g\ mol^{-1}}$ es la masa molar media del aire, así como a $\ce{CO2}$ $$\frac V{R\cdot T}=\frac {m_{\ce{CO2}}}{M_{\ce{CO2}}\cdot p_{\ce{CO2}}}$$ donde $m_{\ce{CO2}}$ es la masa desconocida de $\ce{CO2}$ y $M_{\ce{CO2}}=44.01\ \mathrm{g\ mol^{-1}}$ es la masa molar de $\ce{CO2}$ .

Por lo tanto,

$$\begin{align} \frac {m_{\ce{CO2}}}{M_{\ce{CO2}}\cdot p_{\ce{CO2}}}&=\frac {m_\text{air}}{M_\text{air}\cdot p_\text{air}}\\[6pt] m_{\ce{CO2}}&=\frac {M_{\ce{CO2}}\cdot p_{\ce{CO2}}\cdot m_\text{air}}{M_\text{air}\cdot p_\text{air}}\\[6pt] &=\frac {44.01\ \mathrm{g\ mol^{-1}}\times344.74\ \mathrm{kPa}\times0.454\ \mathrm{kg}}{28.97\ \mathrm{g\ mol^{-1}}\times1723.70\ \mathrm{kPa}}\\[6pt] &=0.138\ \mathrm{kg} \end{align}$$

Tenga en cuenta que el valor dado para el volumen $V=85\ \mathrm l$ no es necesario para el cálculo de $m_\text{air}$ . Así, la incertidumbre del volumen $V=85\ \mathrm l$ (con sólo dos cifras significativas) no afecta a la incertidumbre del resultado.

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