Kalkulator warunków STP
Ten kalkulator STP przelicza objętość gazu o dowolnym ciśnieniu i temperaturze na standardową temperaturę i ciśnienie (STP). Wprowadź zmierzone ciśnienie, objętość i temperaturę, wybierz definicję STP, a narzędzie obliczy V(STP) = (P1 × V1 × T(STP)) / (P(STP) × T1) w pełnych krokach. Zwraca również liczbę moli gazu w STP i umożliwia przeprowadzenie obliczeń w odwrotnej kolejności, od znanej objętości STP do objętości w innych warunkach. Akceptuje atm, kPa, mmHg, torr, bar i psi dla ciśnienia, L, mL i m³ dla objętości oraz K, °C i °F dla temperatury i automatycznie konwertuje temperaturę na Kelwiny.
Normalize Gas Volume to Standard Temperature & Pressure & Compute Moles
Step-by-Step Mathematical Derivation:
1. Formula: V_stp = (P × V × T_stp) / (P_stp × T)
• Operating: P = 1.5 atm, V = 10.0 L, T = 298.15 K
2. V_stp = 13.742 L
3. Moles: n = PV / RT = 0.6131 moles
Ten kalkulator STP przelicza objętość gazu o dowolnym ciśnieniu i temperaturze na standardową temperaturę i ciśnienie (STP). Wprowadź zmierzone ciśnienie, objętość i temperaturę, wybierz definicję STP, a narzędzie obliczy V(STP) = (P1 × V1 × T(STP)) / (P(STP) × T1) w pełnych krokach. Zwraca również liczbę moli gazu w STP i umożliwia przeprowadzenie obliczeń w odwrotnej kolejności, od znanej objętości STP do objętości w innych warunkach. Akceptuje atm, kPa, mmHg, torr, bar i psi dla ciśnienia, L, mL i m³ dla objętości oraz K, °C i °F dla temperatury i automatycznie konwertuje temperaturę na Kelwiny.
Szybkie odniesienie
| Przedmiot | Wartość |
|---|---|
| IUPAC STP (prąd) | 273,15 K (0°C) i 100 kPa (1 bar) |
| Starsze STP (wiele podręczników) | 273,15 K (0 °C) i 101,325 kPa (1 atm) |
| Formuła | V(STP) = (P1 × V1 × T(STP)) / (P(STP) × T1) |
| Na podstawie | Połączone prawo gazowe, P1V1/T1 = P2V2/T2 |
| Objętość molowa w IUPAC STP | 22.711 L/mol |
| Objętość molowa w starszym STP | 22.414 L/mol |
| Wymagana skala temperatur | Kelwin (K = °C + 273,15) |
Jakie są warunki STP?
STP oznacza standardową temperaturę i ciśnienie. Jest to stały stan odniesienia, który pozwala naukowcom porównywać objętości, gęstości i ilości gazów mierzone w różnych miejscach i w różne dni. Objętość gazu niewiele znaczy bez jego temperatury i ciśnienia, ponieważ ta sama ilość gazu zajmuje bardzo różne objętości w zimnym laboratorium i gorącej fabryce. STP usuwa tę dwuznaczność.
Aktualna definicja STP IUPAC to temperatura 273,15 K (0°C) i ciśnienie bezwzględne 100 kPa (1 bar). IUPAC przyjął to w 1982 r. Wcześniej IUPAC definiował ciśnienie standardowe jako 1 atm (101,325 kPa), a wiele podręczników, egzaminów i kursów chemii nadal używa tej starszej wartości. Obie wersje wykorzystują temperaturę 0°C, więc różnica polega jedynie na ciśnieniu.
Ponieważ gazy podlegają połączonemu prawu gazu, przeliczenie zmierzonej objętości na STP jest bezpośrednim zastosowaniem P1V1/T1 = P2V2/T2, gdzie stan 2 jest stanem standardowym. Zależność wynika z prawa gazu doskonałego i teorii molekularnej kinetycznej i dotyczy ustalonej ilości gazu.
Dlaczego STP ma znaczenie
Porównywanie objętości gazu
Objętość w STP odzwierciedla ilość gazu, a nie pogodę w laboratorium.
Stechiometria
Problemy z reakcją często podają lub proszą o objętości gazu w STP, wykorzystując objętość molową do powiązania objętości i moli.
Porównania gęstości
Gęstości gazów są zestawione w tabeli w STP, dzięki czemu można rzetelnie porównać różne gazy.
Raportowanie branżowe
Przepływ i magazynowanie gazu są często podawane jako objętości standardowe, dzięki czemu ilości są porównywalne.
Porównanie warunków STP: STP, NTP, SATP i inne
Istnieje kilka „standardowych” stanów. Zawsze sprawdzaj, jakiego wymaga Twój podręcznik, instruktor lub standard.
| Standardowe | Temperatura | Ciśnienie | Objętość molowa gazu doskonałego |
|---|---|---|---|
| STP (IUPAC, od 1982) | 273.15 K (0 °C) | 100 kPa (1 bar) | 22.711 L/mol |
| STP (starszy IUPAC, wiele podręczników) | 273.15 K (0 °C) | 101,325 kPa (1 atm) | 22.414 L/mol |
| NTP (normalna temperatura i ciśnienie, NIST) | 293.15 K (20 °C) | 101,325 kPa (1 atm) | 24.055 L/mol |
| SATP (standardowa temperatura i ciśnienie otoczenia) | 298.15 K (25 °C) | 100 kPa (1 bar) | 24.790 L/mol |
| SATP (starsze, 1 atm) | 298.15 K (25 °C) | 101,325 kPa (1 atm) | 24.465 L/mol |
| Poziom morza ISA (międzynarodowa atmosfera standardowa) | 288.15 K (15 °C) | 101,325 kPa (1 atm) | 23.645 L/mol |
Równoważne wartości ciśnienia standardowego
| Standardowe ciśnienie | bankomat | kPa | mmHg | pasek | psi |
|---|---|---|---|---|---|
| Norma IUPAC (1 bar) | 0.98692 | 100 | 750.06 | 1.000 | 14.504 |
| Starszy standard (1 atm) | 1.00000 | 101.325 | 760 | 1.01325 | 14.696 |
Wzór konwersji STP
Zacznij od połączonego prawa gazowego:
Niech stan 2 będzie stanem standardowym, więc P2 = P(STP), T2 = T(STP) i V2 = V(STP). Rozwiązanie dla V(STP):
Aby przejść w drugą stronę, ze znanego woluminu STP do woluminu w innych warunkach:
Aby znaleźć ilość gazu w STP:
gdzie Vm jest objętością molową w wybranym stanie standardowym.
Tabela zmiennych
| Zmienna | Znaczenie | Wspólne jednostki |
|---|---|---|
| P1 | Zmierzone ciśnienie | atm, kPa, mmHg, torr, bar, psi |
| V1 | Zmierzona objętość | L, ml, m³ |
| T1 | Zmierzona temperatura | K (przeliczone z °C lub °F) |
| P(STP) | Standardowe ciśnienie | 100 kPa lub 101,325 kPa |
| T(STP) | Standardowa temperatura | 273.15 K |
| V(STP) | Wolumen w STP (nieznany) | Ta sama jednostka co V1 |
| Vm | Objętość molowa w STP | L/mol |
| n | Mole gazu | mol |
Jak korzystać z tego kalkulatora STP
Wybierz tryb
Wybierz „konwertuj na STP” lub „konwertuj z STP”.
Wybierz definicję STP
Wybierz IUPAC STP (273,15 K, 100 kPa), starszy STP (273,15 K, 1 atm), NTP, SATP lub wartości niestandardowe.
Wprowadź zmierzone ciśnienie
Wpisz P1 i wybierz atm, kPa, mmHg, torr, bar lub psi.
Wprowadź zmierzoną objętość
Wpisz V1 i wybierz L, mL lub m³.
Wprowadź zmierzoną temperaturę
Wpisz T1 w K, °C lub °F. Narzędzie konwertuje ją na Kelvina.
Kliknij Oblicz
Kalkulator zwraca objętość w STP i liczbę moli gazu.
Przeczytaj kroki
Sprawdź podstawione równanie, aby zobaczyć, jak znaleziono odpowiedź.
Przeprowadź kontrolę wyczucia
Gaz mierzony pod niskim ciśnieniem lub w wysokiej temperaturze powinien mieć mniejszą objętość w STP, natomiast gaz mierzony pod wysokim ciśnieniem lub w niskiej temperaturze powinien mieć większą.
Co może obliczyć ten kalkulator?
Objętość w STP
Konwersja zmierzonej objętości gazu do stanu standardowego.
Wolumen z STP
Konwertuj znany wolumin STP na wolumin w innych warunkach.
Krety w STP
Znajdź ilość gazu z jego objętości STP, używając objętości molowej.
Gęstość gazu w STP
Oszacuj gęstość na podstawie masy molowej i objętości molowej.
W przypadku ogólnego problemu z dowolną niewiadomą użyj Combined Gas Law Calculator. W przypadku moli, masy lub pojedynczego stanu użyj Ideal Gas Law Calculator. Do konwersji temperatury użyj Temperature Calculator.
Przekształcone formuły STP
Wszystkie formy pochodzą z mnożenia krzyżowego P1V1/T1 = P(STP)V(STP)/T(STP).
| Rozwiązanie dla | Formuła |
|---|---|
| Objętość w STP | V(STP) = (P1 × V1 × T(STP)) / (P(STP) × T1) |
| Zmierzona objętość | V1 = (P(STP) × V(STP) × T1) / (P1 × T(STP)) |
| Zmierzone ciśnienie | P1 = (P(STP) × V(STP) × T1) / (V1 × T(STP)) |
| Zmierzona temperatura | T1 = (P1 × V1 × T(STP)) / (P(STP) × V(STP)) |
| Krety w STP | n = V(STP) / Vm |
Przeczytaj wzór objętości STP jako zbiór stosunków:
Pomnóż zmierzoną objętość przez korektę ciśnienia i korektę temperatury. Jeżeli gaz był mierzony przy ciśnieniu wyższym od standardowego, pierwszy stosunek wynosi powyżej 1 i objętość rośnie. Jeśli zmierzono w temperaturze wyższej niż 273,15 K, drugi stosunek jest poniżej 1 i objętość się kurczy.
Przykłady obliczeń STP
Konwertuj objętość na STP (starsza definicja, 1 atm)
Problem: Gaz zajmuje 5,00 l pod ciśnieniem 2,00 atm i w temperaturze 27°C. Znajdź jego objętość w STP (273,15 K i 1,00 atm).
Korzystając ze wzoru ilorazowego: 5,00 × (2,00 / 1,00) × (273,15 / 300,15) = 5,00 × 2 × 0,910 = 9,10 l. Ciśnienie jest dwukrotnie standardowe, co podwaja objętość w STP, a niewielka różnica temperatur nieznacznie je zmniejsza.
Pobieranie gazów laboratoryjnych (ml, mmHg, °C)
Problem: Próbka gazu zajmuje 250 ml przy 740 mmHg i temperaturze 22°C. Znajdź jego objętość w STP (273,15 K i 760 mmHg), a następnie liczbę moli gazu.
Jednostki mL i mmHg są akceptowane, ponieważ stany mierzone i standardowe używają tych samych jednostek. Konwersja wymagała jedynie temperatury.
IUPAC STP (100 kPa)
Problem: Gaz zajmuje 1,50 l przy ciśnieniu 150 kPa i temperaturze 50°C. Znajdź jego objętość w IUPAC STP (273,15 K i 100 kPa).
Ten sam problem w przypadku starszej normy 1 atm daje 1,88 l, co pokazuje, dlaczego musisz używać standardu określonego przez kurs.
Konwersja z STP na inne warunki
Problem: Gaz zajmuje 10,0 l w STP (273,15 K i 1,00 atm). Jaką objętość zajmuje w temperaturze 25°C i pod ciśnieniem 0,900 atm?
Gaz rozszerza się, ponieważ ciśnienie jest niższe, a temperatura jest wyższa niż normalnie.
Mole i wpływ definicji STP
Problem: Gaz zajmuje w STP 44,8 l. Ile moli mieści się w każdej definicji?
Obie odpowiedzi różnią się o około 1,3%. Na egzaminie użyj objętości molowej podanej na kursie. W zadaniach podręcznikowych, które podają objętość w STP i oczekują czystej całkowitej liczby moli, zwykle stosuje się 22,4 l/mol.
Objętość molowa w STP
Objętość molowa gazu doskonałego to objętość jednego mola w danej temperaturze i ciśnieniu. Wynika to z prawa gazu doskonałego, Vm = RT / P, gdzie R jest stałą gazową (8,314 J/(mol·K), czyli 8,314 L·kPa/(mol·K)). W tej samej temperaturze i ciśnieniu jeden mol dowolnego gazu doskonałego zajmuje tę samą objętość. Takie jest prawo Avogadro i dlatego w jednym molu mieści się taka sama liczba cząstek (stała Avogadra, 6,022 × 10²³), niezależnie od wybranego gazu.
| Stan | Temperatura | Ciśnienie | Objętość molowa |
|---|---|---|---|
| IUPAC STP | 273.15 K | 100 kPa | 22.711 L/mol |
| Starszy STP | 273.15 K | 101.325 kPa | 22.414 L/mol |
| NTP | 293.15 K | 101.325 kPa | 24.055 L/mol |
| SATP (1 bar) | 298.15 K | 100 kPa | 24.790 L/mol |
| SATP (1 atm) | 298.15 K | 101.325 kPa | 24.465 L/mol |
Gęstość gazu w STP
Gdy znasz objętość molową, gęstość wynika z masy molowej: Gęstość = masa molowa / objętość molowa Poniższe wartości przyjmują 22,414 l/mol (0°C i 1 atm.) i każdy gaz traktują jako idealny.
| Gaz | Masa Molowa (g/mol) | Gęstość w temperaturze 0 °C i 1 atm. (g/L) |
|---|---|---|
| Wodór (H₂) | 2.016 | 0.0899 |
| Hel (On) | 4.003 | 0.1786 |
| Azot (N₂) | 28.014 | 1.250 |
| Powietrze (średnio) | 28.97 | 1.292 |
| Tlen (O₂) | 31.998 | 1.428 |
| Dwutlenek węgla (CO₂) | 44.01 | 1.964 |
Jednostki STP i konwersje
Konwersja jest stosunkiem, więc każda jednostka ciśnienia i każda jednostka objętości działają, jeśli stany zmierzone i standardowe używają tych samych.
Pressure Units
| Jednostka ciśnienia | Odpowiednik |
|---|---|
| 1 atm | 101.325 kPa |
| 1 atm | 760 mmHg |
| 1 atm | 760 torr |
| 1 atm | 1.01325 bar |
| 1 atm | 14.696 psi |
| 1 bar | 100 kPa |
Volume Units
| Jednostka objętości | Odpowiednik |
|---|---|
| 1 L | 1000 mL |
| 1 mL | 1 cm³ |
| 1 m³ | 1000 L |
Standardowe tomy w przemyśle
Poza salą lekcyjną do podawania ilości gazu w porównywalny sposób używa się „standardowych” objętości, ale warunki referencyjne różnią się w zależności od branży i regionu.
Normalny metr sześcienny (Nm³)
Zwykle jest to metr sześcienny gazu w temperaturze 0°C i pod ciśnieniem 1,01325 bara, chociaż niektórzy dostawcy stosują inne odniesienia.
Standardowy metr sześcienny (Sm³)
Często definiowany w temperaturze 15 ° C i 1,01325 bara, ale definicje są różne.
Standardowe stopy sześcienne (scf) i SCFM
Powszechnie stosowane w USA w przypadku sprężonego powietrza i gazu ziemnego, często określane jako 60 °F i 14,696 psi, chociaż niektórzy dostawcy stosują temperaturę 68 °F.
Rzeczywiste stopy sześcienne na minutę (ACFM)
Rzeczywisty przepływ w warunkach eksploatacyjnych, który należy przeliczyć na przepływ standardowy przy użyciu tej samej metody prawa gazowego.
Kiedy można skorzystać z tego kalkulatora STP?
Użyj konwersji STP, jeśli spełnione są wszystkie poniższe warunki:
Stała ilość gazu
Liczba moli pozostaje taka sama pomiędzy stanem zmierzonym i standardowym.
Ta sama próbka gazu
Konwertujesz jedną próbkę ze zmierzonych warunków do stanu odniesienia.
Znane warunki pomiaru
Znasz ciśnienie, objętość i temperaturę.
Jednostki absolutne
Temperatura jest wyrażona w Kelvinach, a ciśnienie jest bezwzględne.
Gaz
Objętość molowa STP dotyczy gazów, a nie cieczy czy ciał stałych.
Typowe błędy w obliczeniach STP
| Błąd | Dlaczego to się nie udaje | Napraw |
|---|---|---|
| Użycie nieprawidłowej definicji protokołu STP | 1 bar i 1 atm różnią się o 1,3%, a 0°C i 25°C różnią się znacznie | Sprawdź, jakiego standardu wymaga Twój kurs lub standard |
| Mylenie STP z SATP lub temperaturą pokojową | SATP wynosi 25°C, a nie 0°C | Potwierdź 273,15 K dla STP |
| Używając °C lub °F | Prawa gazowe wymagają temperatury absolutnej | Przelicz za pomocą K = °C + 273,15 |
| Używając 22,4 l/mol w każdych warunkach | 22,414 l/mol obowiązuje tylko przy 273,15 K i 1 atm | Użyj objętości molowej dla wybranego standardu |
| Korzystanie z ciśnienia manometrycznego | Ignoruje ciśnienie atmosferyczne | Aby uzyskać wartość bezwzględną, dodaj około 1 atm (14,7 psi). |
| Jednostki ciśnienia mieszania | atm i kPa w jednym stosunku dają błędną odpowiedź | Zamień wszystkie ciśnienia na jedną jednostkę |
| Ignorując parę wodną | Gaz zebrany nad wodą obejmuje prężność pary | Najpierw odejmij prężność pary wodnej |
| Odwracanie proporcji | Umieszcza wartości standardowe tam, gdzie należą zmierzone | Zapisz V(STP) = V1 × (P1 / P(STP)) × (T(STP) / T1) |
| Zastosowanie STP do zmieniającej się ilości gazu | Krety nie mogą się zmieniać | Skorzystaj z prawa gazu doskonałego, jeśli gaz zostanie dodany lub utracony |
| Zaokrąglenie zbyt wczesne | Małe błędy rosną w miarę obliczeń | Zachowaj dodatkowe cyfry i zaokrąglij na końcu |
Kalkulator STP a inne narzędzia dotyczące prawa gazowego
| Narzędzie | Użyj tego, kiedy |
|---|---|
| Kalkulator warunków STP (ta strona) | Potrzebujesz objętości gazu, moli lub gęstości w standardowym stanie odniesienia |
| Połączony kalkulator prawa gazowego | Dowolne dwa stany gazu, rozwiązując P, V lub T |
| Kalkulator prawa gazu doskonałego | Potrzebujesz moli, masy lub pojedynczego stanu (PV = nRT) |
| Kalkulator ciśnienia | Potrzebujesz ciśnienia końcowego po zmianie objętości i temperatury |
| Kalkulator objętości | Potrzebujesz końcowej objętości po zmianach ciśnienia i temperatury |
| Kalkulator temperatury | Potrzebujesz temperatury końcowej lub konwersji Kelvina, Celsjusza i Fahrenheita |
| Kalkulatory prawa Boyle'a, Charlesa i Gay-Lussaca | Zmieniają się tylko dwie zmienne, a trzecia jest stała |
Często zadawane pytania dotyczące kalkulatora STP
Odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania dotyczące praw gazowych, wzorów i jednostek.
Jakie są warunki STP?
STP oznacza standardową temperaturę i ciśnienie. Obecna definicja IUPAC to 273,15 K (0 °C) i 100 kPa (1 bar). Wiele podręczników nadal podaje 273,15 K i 1 atm (101,325 kPa).
Jaka jest temperatura w STP?
Temperatura w STP wynosi 273,15 K, czyli 0°C lub 32°F.
Jakie jest ciśnienie w STP?
Zgodnie z obecną definicją IUPAC jest to 100 kPa (1 bar, około 0,987 atm). Według starszej definicji jest to 101,325 kPa (1 atm, 760 mmHg).
Jaka jest objętość molowa w STP?
Wynosi 22,711 l/mol w IUPAC STP (273,15 K i 100 kPa) oraz 22,414 l/mol przy 273,15 K i 1 atm. Użyj wartości określonej w kursie.
Jak przeliczyć objętość gazu na STP?
Użyj V(STP) = (P1 × V1 × T(STP)) / (P(STP) × T1). Zamień zmierzoną temperaturę na Kelvina, użyj pasujących jednostek ciśnienia, podstaw wartości i rozwiąż.
Jak znaleźć mole gazu w STP?
Podziel objętość w STP przez objętość molową. Na przykład 44,8 l przy 273,15 K i 1 atm równa się 44,8/22,414, czyli około 2,00 mol.
Jaka jest różnica między STP i NTP?
STP wykorzystuje 0°C, podczas gdy NTP (zgodnie z definicją NIST) wykorzystuje 20°C i 1 atm. Objętość molowa w NTP wynosi około 24,055 l/mol, w porównaniu z około 22,4 l/mol w starszym STP.
Jaka jest różnica między STP i SATP?
STP wykorzystuje 273,15 K (0 ° C), a SATP wykorzystuje 298,15 K (25 ° C). SATP jest bliższy normalnym warunkom laboratoryjnym, a jego objętość molowa wynosi około 24,79 l/mol przy 100 kPa.
Dlaczego IUPAC zmienił ciśnienie STP z 1 atm na 100 kPa?
IUPAC zmienił ciśnienie standardowe na 100 kPa (1 bar) w 1982 r., aby dostosować je do jednostek SI, ponieważ 1 bar to okrągła liczba w kilopaskalach. Wiele podręczników trzymało 1 atm poza tradycją.
Czy zawsze obowiązuje 22,4 l/mol?
Nie. Obowiązuje tylko przy 273,15 K i 1 atm. W innych warunkach objętość molowa jest inna. Kalkulator ten znajduje prawidłową objętość molową dla dowolnego stanu standardowego.
Czy mogę skorzystać z konwersji STP w przypadku zmiany ilości gazu?
Nie. Połączone prawo gazowe wymaga stałej liczby moli. Jeśli gaz jest dodawany lub usuwany, należy zastosować prawo gazu doskonałego.
Czy woda w STP jest gazem?
Nie. W temperaturze 0°C woda jest ciałem stałym lub cieczą, więc objętość molowa gazu nie dotyczy wody w STP. Dotyczy to gazów prawdziwych, takich jak azot, tlen i dwutlenek węgla.
Dlaczego potrzebuję prężności pary wody dla gazów zebranych nad wodą?
Gaz zebrany nad wodą jest mieszaniną gazu i pary wodnej. Całkowite ciśnienie jest równe sumie obu ciśnień cząstkowych, dlatego odejmij prężność pary wody w temperaturze zbierania, aby otrzymać ciśnienie suchego gazu.
Czy kalkulator STP jest dokładny dla gazów rzeczywistych?
Jest dokładny w przypadku gazów, które zachowują się blisko ideału, co obejmuje większość powszechnych gazów w pobliżu STP. Gazy, które łatwo ulegają skropleniu lub gazy pod wysokim ciśnieniem, zachowują się odbiegająco od ideału.