Інші завдання дивись тут...

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ Відношення об'ємів газів у хімічних реакціях. 

ЗАКОН ОБ'ЄМНИХ ВІДНОШЕНЬ - ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА. Об'єми газів, що вступають у реакцію, відносяться один до одного та до газоподібних продуктів реакції як невеликі цілі числа. 

І рівень

Задача 1. Дано природний газ об'ємом 1 м3. Об'ємні частки складових подано в таблиці. Обчисліть усі інші величини і впишіть у таблицю.

Назви

газів

Об'ємна

частка

Формула

 

 

Молярна

маса

 

 

Кількість

речовини

 

 

Відносна 

густина

за воднем

Об'єм кисню,

необхідний

для

згоряння

Метан 90% CH4  16 г/моль 40 моль  8  1,8 м3
Етан 5% C2H6  30 г/моль 2,2 моль  15  0,175 м3
Пропан 1% C3H8  44 г/моль  0,4 моль  22  0,05 м3

Карбон

(IV)

оксид

2% CO2  44 г/моль  0,9 моль  22  -
Азот 2% N2  28 г/моль  0,9 моль  14  -
         

Об'єм кисню

на спалю-

вання 1 м3 

газу

 2,025 м3

Обчислимо молярні маси (Mr г/моль=M) речовин:

Mr(CH4)=Ar(C)+4•Ar(H)=12+4•1=16, тому М(CH4)=16 г/моль.

Mr(C2H6)=2•Ar(C)+6•Ar(H)=2•12+6•1=30, тому M(C2H6)=30 г/моль

Mr(C3H8)=3•Ar(C)+8•Ar(H)=3•12+8•1=44, тому M(C3H8)=44 г/моль

Mr(CO2)=Ar(C)+2•Ar(O)=12+2•16=44, тому M(CO2)=44 г/моль

Mr(N2)=2•Ar(N)=2•14=28, тому V(N2)=28 г/моль 

З формули обчислення об'ємної частки речовини (φ) в суміші знаходимо об'єм речовини в суміші: V(речовини)=(φ(речовини)•V(суміші)):100%

V(CH4)=90%•1 м3 : 100%=0,9 м3

V(C2H6)=5%•1 м3 : 100%=0,05 м3

V(C3H8)=1%•1 м3 : 100%=0,01 м3

V(CО2)=2%•1 м3 : 100%=0,02 м3

V(N2)=2%•1 м3 : 100%=0,02 м3

Обчислимо кількість речовини за формулою v=V/Vм, де - Vм постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 м3/кмоль

v(CH4)=0,9 м3 : 22,4 м3/кмоль = 0,04 кмоль, або 40 моль

v(C2H6)=0,05 м3 : 22,4 м3/кмоль = 0,0022 кмоль, або 2,2 моль

v(C3H8)=0,01 м3 : 22,4 м3/кмоль = 0,0004 кмоль, або 0,4 моль

v(CО2)=0,02 м3 : 22,4 м3/кмоль = 0,0009 кмоль, або 0,9 моль

v(N2)=0,02 м3 : 22,4 м3/кмоль = 0,0009 кмоль, або 0,9 моль

Обчислимо густину речовин за воднем за формулою DH2(речовини)=Мr(речовини)/Mr(H2)

DH2(СН4)=Мr(СН4)/Mr(H2)=16/2=8

DН22Н6)=Мr2Н6)/Mr(H2)=30/2=15

DН23Н8)=Мr(С3Н8)/Mr(H2)=44/2=22

DН2(СО2)=Мr(СО2)/Mr(H2)=44/2=22

DН2(N2)=Мr(N2)/Mr(H2)=28/2=14

II рівень

Задача 2. Обчисліть на основі даних таблиці про склад природного газу, який об'єм кисню потрібно взяти, щоб спалити метан, що міститься в природному газі об'ємом 1 м3.

Дано: V(cуміші)=1 м3; φ(СН4)=90%;

Знайти:  V(О2)-?

Розв'язування

І спосіб

З формули обчислення об'ємної частки речовини в суміші знаходимо об'єм метану у складі природного газу: 

V(CH4) = (φ(СН4)•V(суміші)):100%= 90%•1 м3 : 100%=0,9 м3.

Запишемо рівняння реакції горіння метану:

0,9 м3       х м3

СН4    +   2О2 → СО2 + 2Н2О   

1 об'єм     2 об'єми

Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі. Відповідні об'єми, використовуючи закон об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА), записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

За допомогою пропорції обчислюємо необхідний об'єм кисню для згоряння метану:

0,9 м3 / 1 = х м3 / 2, звідси  

х м3 • 1 = 0,9 м•2

х = 0,9 м3 • 2 : 1

х = 1, 8 м3

ІІ спосіб

Запишемо рівняння реакції горіння метану: СН4+2О2→СО2+2Н2О   

За рівнянням реакції V(СН4):V(О2)=1:2, тому

V(О2)=2V(CH4)=2 • 0,9 м3 =1,8 м3

Відповідь: кисню треба 1,8 м3 для згоряння метану в 1 м3 природного газу.

III рівень

Задача 3. Обчисліть, на оснаві даних таблиці про склад природного газу, який об'єм кисню потрібно взяти, щоб спалити метан і етан, що міститься в природному газі об'ємом 1 м3.

Дано: V(суміш)=1 м3; φ(СН4)=90%; φ(С2Н6)=5% 

Знайти:  V(О2)-?

Розв'язування

V(CH4) = (φ(СН4)•V(суміші)):100% = 90%•1 м: 100%=0,9 м3

V(C2H6)=(φ(C2H6)•V(суміші)):100%= 5%•1 м: 100%=0,05 м3

І спосіб

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану:

0,9 м3      х м3

СН4   +  2О2    → СО2 + 2Н2О  

1 об'єм    2 об'єми

0,05 м3     у м3    

2Н6 +   7О2    → 4СО2 + 6Н2О  

2 об'єми   7 об'ємів 

Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі. Відповідні об'єми, використовуючи закон об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА), записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

За допомогою пропорції обчислюємо необхідний об'єм кисню для згоряння метану:

0,9 м3 / 1 = х м3 / 2,   

х м• 1 = 0,9 м•2

х = 0,9 м3 • 2 : 1

х = 1,8 м3.

За допомогою пропорції обчислюємо необхідний об'єм кисню для згоряння етану:

0,05 м3 / 2 = у м3 / 7,   

у м• 2 = 0,05 м• 7

у = 0,05 м3 • 7 : 2

у = 0,175 м3

ІІ спосіб

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану:

СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О        (1)    

2Н6 + 7О2 → 4СО2 + 6Н2О    (2)

За рівнянням (1) V(СН4):V12)=1:2, тому

V12)=2V(CH4)=20,9 м3=1,8 м3

За рівнянням (2) V(С2Н6):V22)=2:7,

за властивістю пропорції 2V(O2)=7V(С2H6), тому

V22)=7V(C2H6):2=7•0,05 м3:2 =0,175 м3 

Відповідь. кисню треба 1,8 м3 для згоряння метану і 0,175 м3 для згоряння етану в 1 м3 природного газу.

 

Задача 4. Обчисліть, на основі даних таблиці про склад природного газу, який об'єм кисню і повітря потрібно взяти, щоб спалити природний газ об'ємом 1 м3.

Дано: V(суміші)=1 м3; φ(СН4)=90%; φ(С2Н6)=5%; φ(С3Н8)=1%.

Знайти:  V(О2)-? , V(повітря)-?

Розв'язування

V(CH4) = (φ(СН4)•V(суміші)):100% = (90%•1 м3):100%=0,9 м3

V(C2H6)=(φ(C2H6)•V(суміші)):100%= (5%•1 м3):100%=0,05 м3

V(C3H8) = (φ(С3Н8)•V(суміші)):100% = (1%•1 м3):100%=0,01 м3

І спосіб

Запишемо рівняння реакції горіння метану, етану і пропану:

0,9 м3      х м3

СН4   +  2О2 → СО2 + 2Н2О

1 об'єм    2 об'єми  

0,5 м3       у м3     

2Н6 +   7О2 → 4СО2 + 6Н2О   

2 об'єми    7 об'ємів 

0,01 м3     z м3

3Н8 +   10О2 → 6СО2 + 8Н2О

2 об'єми   10 об'ємів 

Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі. Відповідні об'єми, використовуючи закон об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА), записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

За допомогою пропорції обчислюємо необхідний об'єм кисню для згоряння метану:

0,9 м3 / 1 = х м3 / 2,   

х м• 1 = 0,9 м•2

х = 0,9 м3 • 2 : 1

х = 1,8 м3

За допомогою пропорці обчислюємо необ\хідний об'єм кисню для згоряння етану:

0,05 м3 / 2 = у м3 / 7,   

у м• 2 = 0,05 м• 7

у = 0,05 м3 • 7 : 2

у = 0,175 м3 

За допомогою пропорції обчислюємо необхідний об'єм кисню для згоряння пропану:

0,01 м3 / 2 = z м3 / 10,   

z м• 2 = 0,01 м• 10

х = 0,01 м3 • 10 : 2

х = 0,05 м3

Розраховуємо сумарний об'єм кисню для згоряння 1 м3 природного газу:

V(О2)= х + у + z = 1,8 м3 + 0,175 м3 + 0,05 м3 = 2,025 м3 

У повітрі кисню близько 20% за об'ємом (або 1/5 частина), тому повітря треба взяти у 5 разів більшого об'єму:

V(повітря)=5V(О2)= 5•2,025 м3=10,125 м3

ІІ спосіб

Запишемо рівняння реакції горіння метану, етану і пропану:

СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О        (1)    

2Н6 + 7О2 → 4СО2 + 6Н2О    (2)

3Н8 + 10О2 → 6СО2 + 8Н2О  (3)

За рівнянням (1) V(СН4):V12)=1:2, тому

V12)=2V(CH4)=20,9 м3=1,8 м3

За рівнянням (2) V(С2Н6):V22)=2:7,

за властивістю пропорції 2V(O2)=7V(C2H6), тому

V22)=7V(C2H6):2=7•0,05 м3 :2=0,175 м3

За рівнянням (3) V(С3Н8):V32)=2:10=1:5,

тому V32)=5V(C3H8)=5• 0,01 м3=0,05 м3

Розраховуємо сумарний об'єм кисню для згоряння 1 м3 природного газу:

V(О2)=V1(O2)+V2(O2)+V3(O2)=1,8 м3 + 0,175 м3 + 0,05 м3 = 2,025 м3 

У повітрі об'ємна частка кисню близько φ(О2)=20%, тому повітря витратиться:

V(повітря)=(V(О2)/φ(О2))100%=(2,025 м3:20%)100%= 10,125 м3

Відповідь. кисню треба 1,8 м3 для згоряння метану, 0,175 м3 для згоряння етану і  0,05 м3 для згоряння пропану в 1 м3 природного газу; всього кисню треба 2,025 м3 для згоряння 1 м3 природного газу. 

Інші завдання дивись тут...