САМОСТІЙНА РОБОТА
І рівень
Завдання 1. Вставте пропущені слова, щоб вираз став завершеним:
1. Метан - органічна речовина, що входить до групи насичених вуглеводнів.
2. Валентність атома Карбону в молекулі метану - IV
3. Молекулярна формула метану: СН4
4. Продуктами повного згоряння метану є вода і карбон (IV) оксид.
5. Під час розкладу метану утворюються вуглець водень.
6. Реакція хлорування відбувається за освітлення або нагрівання.
7. Метан стійкий до дії сильних окисників.
ІІ рівень
Завдання 2. Допишіть продукти реакцій, поставте коефіцієнти, де це потрібно:
а) CH4 -> C + 2H2
б) CH4 + 4Br2 -> CBr4 + 4HBr
Завдання 3. Обчисліть відносну густину метану за
а) воднем;
DН2(CH4)=M(CH4)/M(Н2)=16 г/моль : 2 г/моль=8,
де Mr(СН4)=Аr(C)+4•Аr(Н)=12+4•1=16, M(СH4) =16 г/моль
Mr(H2)=2•Ar(H)=2•1=2, M(H2)=2 г/моль
б) киснем.
DО2(CH4)=Mr(CH4)/Mr(O2)=16 г/моль : 32 г/моль=0,5,
де Mr(СН4)=Аr(C)+4•Аr(Н)=12+4•1=16, M(CH4)=16 г/моль
Mr(O2)=2•Ar(O)=2•16=32, M(O2)=32 г/моль
ІІІ рівень
Завдання 4. Допишіть продукти реакцій, поставте коефіцієнти.
а) СН4 + 2О2 -> CO2 + 2H2O
б) СН4+ 4Cl2 -> CCl4 + 4HCl
в) СН4+ O2 -> С + 2H2O
Завдання 5. Обчисліть масу вуглецю та об'єм водню (н.у.), що можна добути з метану об'ємом 336 л (н.у.), якщо метан повністю розклався.
Відомо: V(CH4)=336 л
Знайти: m(С)-?, V(H2)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
336 л x г y л
СH4 = C + 2H2
22,4 л 12 г 44,8 л
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Розклався 1 моль метану СН4 з утворенням 1 моль вуглецю і 2 моль водню Н2. За н.у. 1 моль газу займає об'єм 22,4 л, а 2 моль займуть удвічі більший об'єм, тобто 44,8 л. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) вуглецю й, відповідно, масу 1 моль.
Mr(C)=Ar(C)=12, M(C)=12 г/моль. Маса 1 моль=12 г
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо масу вуглецю.
336 л / 22,4 л = х г / 12 г, звідси х г • 22,4 л = 336 л • 12 г
y = 336 л • 12 г : 22,4 л = 180 г
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм водню.
336 л / 22,4 л = у л / 44,8 л, звідси у л • 2,4 л = 44,8 л • 336 л
х = 44,8 л • 336 л : 22,4 л = 672 л
II спосіб
Обчислюємо кількість речовини метану об'ємом 336 л за формулою v=V/VM, де VM - постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 л/моль.
v(СH4)=V(СH4):VM=336 л: 22,4 л/моль=15 моль
Записуємо рівняння реакції: СH4=C+2H2
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Розклався 1 моль метану СН4 з утворенням 1 моль вуглецю і 2 моль водню Н2, кількість речовини вуглецю однакова, а кількість речовини водню удвічі більша, ніж кількість речовини метану, тому
v(С)=v(CН4)=15 моль
v(H2)=2•v(CН4)=2•15 моль=30 моль
Обчислюємо масу вуглецю кількістю речовини 15 моль за формулою: m=v•M, де
M=Mrг/моль.
Mr(C)=Ar(C)=12, M(С)=12 г/моль
m(С)=v(С)•M(С)=15 моль • 12 г/моль=180 г
Обчислюємо об'єм водню кількістю речовини 30 моль за формулою: V=v•VM, де
VM - постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 л/моль.
V(H2)=v(H2)•VM=30 моль•22,4 л/моль=672 л
Відповідь: m(С)=180 г, V(H2)=672 л.
Завдання б. Обчисліть об'єм карбон (ІV) оксиду (н.у.) та масу води, що утворяться внаслідок повного згоряння метану масою 80 кг.
Відомо: m(CH4)=80 кг
Знайти: V(CO2)-?, m(H2O)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
80 кг x м3 y кг
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
16 кг 22,4 м3 36 кг
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагував 1 кмоль метану СН4 з утворенням 1 кмоль карбон (IV) оксиду СO2 (1 кмоль газу за н.у. займає об'єм 22,4 м3) і 2 кмоль води Н2О. Обчислюємо молярні маси (M=Mr кг/кмоль) речовин й, відповідно, маси 1 кмоль метану і 2 кмоль води.
Mr(CH4)=Ar(C)+4•Ar(H)=12+4•1=16, M(CH4)=16 кг/кмоль
Маса 1 кмоль=16 кг.
Mr(Н2O)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18, M(Н2O)=18 кг/кмоль
Маса 1 кмоль=18 кг, а маса 2 кмоль=36 кг.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм карбон (IV) оксиду.
80 кг / 16 кг = х м3 / 22,4 м3, звідси х м3 • 16 кг = 80 кг • 22,4 м3
х = 80 кг • 22,4 м3 : 16 кг = 112 м3
За допомогою пропорції обчислюємо масу води.
80 кг / 16 кг = у кг / 36 кг, звідси у кг • 16 кг = 36 кг • 80 кг
y = 36 кг • 80 кг : 16 кг = 180 кг
II спосіб
Обчислюємо кількість речовини метану масою 80 кг за формулою v=m/M, де
M=Mr кг/кмоль.
Mr(CH4)=Ar(C)+4•Ar(H)=12+4•1=16, M(CH4)=16 кг/кмоль
v(СН4)=m(СН4) : M(СН4)=80 кг : 16 кг/кмоль=5 кмоль
Записуємо рівняння реакції: CH4+2O2=CO2+2H2O
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагував 1 кмоль метану СН4 з утворенням 1 кмоль карбон (IV) оксиду СO2 і 2 кмоль води Н2О, кількість речовини карбон (IV) оксиду однакова, а кількість речовини води удвічі більша, ніж кількість речовини метану, тому
v(СO2)=v(СН4)=5 кмоль
v(Н2O)=2•v(СН4)=2•5 кмоль=10 кмоль
Обчислюємо об'єм карбон (IV) оксиду кількістю речовини 5 кмоль за формулою V=v•VM, де VM - постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 м3/кмоль.
V(СO2)=v(СO2)•VM=5 кмоль•22,4 м3/кмоль=112 м3
Обчислюємо масу води кількістю речовини 10 кмоль за формулою m=v•M, де
M=Mrкг/кмоль.
Mr(Н2O)=2•Ar(Н)+Ar(O)=2•1+16=18, M(Н2О)=18 кг/кмоль
m(Н2O)=v(Н2O)•M(Н2O)=10 кмоль • 18 кг/кмоль=180 кг
Відповідь: V(CO2)=112 м3, m(Н2О)=180 кг.
IV рівень
Завдання 7* Напишіть рівняння реакцій за схемою: метан -> карбон (ІV) оксид -> кальцій карбонат -> кальцій оксид -> кальцій гідроксид -> кальцій хлорид -> аргентум (І) хлорид.
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
CO2 + CaO = CaCO3
CaCO3 = CaO + CO2
CaO + H2O = Ca(OH)2
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
CaCl2 + 2AgNO3= Ca(NO3)2 + 2AgCl
Завдання 8. Природний газ містить у своєму складі метан, об'ємна частка якого становить 94%, і негорючі домішки. Обчисліть, який об'єм кисню (н.у.) та повітря треба витратити на повне згоряння газу об'ємом 3 м3.
Розв'язування:
Відомо: V(суміші)=3 м3, φ(СН4)=94%
Знайти: V(O2)-?, V(повітря)-?
Розв'язування
І спосіб
Об'єм речовини знаходимо з формули обчислення об'ємної частки речовини (φ):
V(речовини)=(φ(речовини)•V(суміші)):100%.
V(СН4)=(φ(СН4)•V(суміші)):100%=(94%•3 м3):100%=2,82 м3
Записуємо рівняння реакції:
2,82 м3 х м3
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
22,4 м3 44,8 м3
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 кмоль метану СН4 з утворенням 2 кмоль кисню О2. За н.у. 1 кмоль газу займає об'єм 22,4 м3, а 2 кмоль займуть удвічі більший об'єм, тобто 44,8 м3.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм кисню:
2,82 м3 / 22,4 м3 = х м3 / 44,8 м3, звідси х м3 • 22,4 м3 = 2,82 м3 • 44,8 м3 г
х = V(O2)= 2,82 м3 • 44,8 м3 : 22,4 м3 = 5,64 м3
У повітрі кисню близько 20% за об'ємом (або 1/5 частина), тому повітря треба взяти у 5 разів більшого об'єму, тобто V(повітря)=5•5,64 м3=28,2 м3
ІІ спосіб
Об'єм речовини знаходимо з формули обчислення об'ємної частки речовини (φ):
V(речовини)=(φ(речовини)•V(суміші)):100%.
V(СН4)=(φ(СН4)•V(суміші)):100%=(94%•3 м3):100%=2,82 м3
Обчислюємо кількість речовини метану об'ємом 2,82 м3 за формулою: v=V/VM, де
VM-постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 м3/кмоль.
v(СН4)=V(СН4) : VM=2,82 м3 : 22,4 м3/кмоль=0,126 кмоль
Записуємо рівняння реакції: CH4+2O2->CO2+2H2O
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 1 кмоль метану СН4 з утворенням 2 кмоль кисню О2, кількість речовини кисню удвічі більша, ніж кількість речовини метану, тому
v(О2)=2•v(СН4)=2•0,126 кмоль=0,252 кмоль
Обчислюємо об'єм кисню кількістю речовини 0,252 кмоль за формулою: V=v•VM.
V(О2)=v(О2)•VM=0,252 кмоль•22,4 м3/кмоль=5,64 м3
Об'єм повітря знаходимо з формули об'ємної частки кисню в повітрі (φ(О2)=20%):
V(повітря)=(V(О2):φ(О2))•100%=(5,64 м3:20%)•100%=28,2 м3
Відповідь: V(O2)=5,64 м3, V(повітря)=28,2 м3.
------------------------- у інших виданнях -------------------------
Завдання 6. Обчисліть об'єм кисню (н.у.), що витратиться, а кількість речовини карбон (ІV) оксиду, що утвориться, внаслідок повного згоряння метану об'ємом 5 м3.
Відомо: V(CH4)=5 м3
Знайти: V(O2)-?, v(СO2)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
5 м3 x м3 y моль
СH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
22,4 м3 44,8 м3 1 моль
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 кмоль метану СН4 і 2 кмоль кисню О2 з утворенням 1 кмоль карбон (IV) оксиду. За н.у. 1 кмоль газу займає об'єм 22,4 м3, а 2 кмоль займуть удвічі більший об'єм, тобто 44,8 м3.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм кисню.
5 м3 / 22,4 м3 = х м3 / 44,8 м3, звідси х м3 • 22,4 м3 = 44,8 м3 • 5 м3
х = 44,8 м3 • 5 м3 : 22,4 м3 = 10 м3
За допомогою пропорції обчислюємо кількість речовини карбон (IV) оксиду.
5 м3 / 22,4 м3 = у моль / 1 моль, звідси у моль • 22,4 м3 = 5 м3 • 1 моль
y = 5 м3 • 1 моль : 22,4 м3 = 0,22 моль
II спосіб
Обчислюємо кількість речовини метану об'ємом 5 м3 за формулою v=V/VM, де VM - постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 м3/кмоль.
v(СH4)=V(СH4):VM=5 м3: 22,4 м3/кмоль=0,22 кмоль
Записуємо рівняння реакції: СH4+2O2->CO2+2H2O
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 кмоль метану СН4 і 2 кмоль кисню О2 з утворенням 1 кмоль карбон (IV) оксиду, кількість речовини карбон (IV) оксиду однакова, а кількість речовини кисню удвічі більша, ніж кількість речовини метану, тому
v(СO2)=v(CН4)=0,22 кмоль
v(O2)=2•v(CН4)=2•0,22 кмоль=0,44 кмоль
Обчислюємо об'єм кисню кількістю речовини 0,44 кмоль за формулою V=v•VM, де VM - постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 м3/кмоль.
V(О2)=v(О2)•VM=0,44 кмоль•22,4 м3/кмоль=10 м3
Відповідь: V(O2)=10 м3, v(CO2)=0,22 кмоль.
Завдання 8 Метан кількістю речовини 0,4 моль піддали хлоруванню до утворення тетрахлорометану. Обчисліть масу хлору, що прореагував, і об'єм гідроген хлориду (н.у.), що утворився внаслідок реакції.
Відомо: v(CH4)=0,4 моль
Знайти: m(Сl2)-?, V(HCl)-?
Розв'язування
Записуємо рівняння реакції:
0,4 моль х г у л
CH4 + 4Cl2 -> CCl4 + 4HCl
1 моль 284 г 89,6 л
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль метану CH4 з утворенням 4 моль хлору Cl2 і 4 моль гідроген хлориду HCl (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л, а 4 моль займуть у 4 рази більший об'єм, тобто 89,6 л). Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) хлору й, відповідно, масу 4 моль.
Mr(Cl2)=2•Ar(Cl)=2•35,5=71, M(Cl2)=71 г/моль
Маса 1 моль=71 г, а маса 4 моль=284 моль
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо масу хлору.
0,4 моль / 1 моль = х г / 284 г, звідси х г • 1 моль = 284 г • 0,4 моль
у = 284 г • 0,4 моль : 1 моль = m(Cl2)=113,6 г
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм гідроген хлориду.
0,4 моль / 1 моль = у л / 89,6 л, звідси у л • 1 моль = 89,6 л • 0,4 моль
х = 89,6 л • 0,4 моль : 1 моль = V(HCl)=35,84 л
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: CH4+4Cl2->CCl4+4HCl
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль метану CH4 з утворенням 4 моль хлору Cl2 і 4 моль гідроген хлориду HCl, кількості речовини хлору й гідроген хлориду у 6 разів більші, ніж кількість речовини метану. Отже, якщо в реакцію вступив метан кількістю речовини 0,4 моль, то вступить хлор і утвориться гідроген хлорид у 4 рази більшою кількістю речовини, тому
v(Cl2)=v(HCl)=4•v(CH4)=4•0,4 моль = 1,6 моль
Обчислюємо масу хлору кількістю речовини 1,6 моль за формулою m=v•M, де
М=Мr г/моль.
Mr(Cl2)=2•Ar(Cl)=2•35,5=71, M(Cl2)=71 г/моль
m(Cl2)=v(Cl2)•M(Cl2)=1,6 моль•71 г/моль=113,6 г
Обчислюємо об'єм гідроген хлориду кількістю речовини 1,6 моль за формулою V=v•VM, де VM - постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 л/моль.
V(HCl)=v(HCl)•VM=1,6 моль•22,4 л/моль=35,84 л
Відповідь: 113,6 г Сl2 i 35,84 л HCl.