Другие задания смотри здесь...
Упражнение 170. Рассмотрите горение метана как окислительно-восстановительную реакцию: назовите элемент окислитель и элемент восстановитель, охарактеризуйте процессы окисления и восстановления.
C-4H4+1 + O20 -> C+4O2-2 + H2+1O-2
восстановитель С-4 - 8e- -> C+4 8 │8│1 окисление
окислитель O20 +4e- ->2O-2 4 │ │2 восстановление
Числа в последнем столбике — 1 и 2 — это дополнительные множители в схемах соответствующих процессов:
C-4 - 8e- -> C+4
2O20 + 8e- -> 4O-2
Добавим почленно эти уравнения, получим суммарную схему:
C-4 + 2O20 -> C+4 + 4O-2
Эти коэффициенты переносим в уравнение реакции (обратите внимание: два атоми O-2 есть в составе CO2, поэтому у H2O остаётся коэффициент 2):
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
Проверяем, сравнялось ли число атомов элементов, которых не было в схемах окисления и восстановления. Число атомов водорода в обеих частях одинаковое: по 4 атома..
Упражнение 171. Допишите химические уравнения:
а) С3Н8 + … О2 (избыток) → … ;
C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O
б) … (гомолог метана) + … О2 → 5СО2 + … H2O.
C5H12 + 8O2 -> 5CO2 + 6H2O
Упражнение 172. Напишите уравнения реакций горения этилена и ацетилена при недостатке кислорода (с образованием карбон (ІІ) оксида и водяного пара).
C2H4 + 2O2 = 2CO + 2H2O
2C2H2 + 3O2 = 4CO + 2H2O
Упражнение 173. Достаточно ли 100 л воздуха для полного сжигания 5,6 л метана? Считайте, что объемы отвечают нормальным условиям, а объемную долю кислорода в воздухе примите равной 20%.
Известно: V(CH4)=5,6 л, φ(O2)=20%, или 0,2. Найти: V(воздуха)-?
Решение:
Примечание: лучше решать задачу с использованием закона объемных соотношений (закона Гей-Люссака), который будете изучать через несколько уроков. Сейчас решаем теми способами, которые уже изучили.
І способ
Составляем химическое уравнение:
5,6 л х л
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
22,4 л 44,8 л
Над формулами соединений СН4 и O2 записываем заданные в условии задачи объем метана (5,6 л) и неизвестный объем кислорода (х л), а под формулами соединений - объемы соответствующего количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении (1 моль газа при н.у. занимает объем 22,4 л, а 2 моль займут в два раза больший объем, то есть 44,8 л).
Составляем пропорцию и решаем её:
по уравнению реакции 22,4 л СН4 реагирует с 44,8 л О2,
по условию задачи 5,6 л СН4 - х л О2.
22,4 л / 5,6 л = 44,8 л / x л
х л • 22,4 л = 44,8 л • 5,6 л
х = 44,8 л • 5,6 л / 22,4 л
х = 11,2 л
Из формулы вычисления объемной доли вещества φ(вещества)=V(вещества)/V(смеси) находим V(смеси)=V(вещества)/φ(вещества)
V(воздуха)=V(О2)/φ(О2)=11,2 л : 0,2 = 56 л.
Итак, 56 л < 100 л, поэтому хватит.
II способ
Вычисляем количество вещества метана объемом 5,6 л по формуле v=V/VM, где VM - постоянная величина и при н.у. численно равна 22,4 л/моль):
n(CH4)=V(CH4)/VM=5,6 л : 22,4 л/моль=0,25 моль.
Составляем уравнение реакции: CH4+2O2=CO2+2H2O
Соотношение реагентов (в молях) равно соотношению соответствующих коэффициентов в уравнении реакции. По соотношению количества вещества n(CH4): n(O2)=1:2 видим, что количество вещества кислорода у 2 раза больше, чем количество вещества метана, поэтому
n(O2)=2•n(CH4)=2•0,25 моль=0,5 моль
Вычисляем объем кислорода количеством вещества 0,5 моль по формуле V=n•VM, где VM - постоянная величина и при н.у. численно равна 22,4 л/моль.
V(O2)=n(О2)•VM=0,5 моль•22,4 л/моль=11,2 л
В воздухе кислорода около 20% по объему (или 1/5 часть), поэтому воздуха надо взять в 5 раз большего объема, то есть 5•11,2 л=56 л.
Итак, 56 л < 100 л, поэтому хватит.
Ответ: хватит.
Упражнение 174. Какой объем воздуха израсходуется на сжигание 1,4 м3 смеси, состоящей из 60% пропана и 40% бутана (по объему)?
Дано: V(смеси)=1,4 м3=1400 л, φ(С3Н8)=60%, или 0,6;
φ(С4Н10)=40%, или 0,4, φ(O2)=20%, или 0,2.
Найти: V(воздуха)-?
Решение:
Найдем объемы пропана и бутана в смеси.
Объемная доля вещества (φ) - это отношение объема вещества к объему смеси: φ(вещества)=V(вещества)/V(смеси), отсюда V(вещества)=φ(вещества)•V(смеси).
V(C3H8) = φ(С3Н8)•V(смеси)=0,6•1400 л=840 л.
V(C4H10)=φ(C4H10)•V(смеси)=0,4•1400 л=560 л.
Примечание: лучше решать задачу с использованием закона объемных соотношений (закона Гей-Люссака), который будете изучать через несколько уроков. Сейчас решаем теми способами, которые уже изучили.
І способ
Составляем уравнениеи реакции горения пропана и бутана.
840 л х л
С3Н8 + 5О2 -> 3СО2 + 4Н2О (1)
22,4 л 112 л
560 л у л
2С4Н10 + 13О2 -> 8СО2 + 10Н2О (2)
44,8л 291,2л
Над формулами веществ записываем данные, имеющиеся в условии задачи.
Мольные соотношения веществ показывают коэффициенты уравнения. При н.у. 1 моль газа занимает объем 22,4 л, поэтому 2 моль газа займут - 44,8 л, 5 моль займут - 112 л, а 13 моль займут - 291,2 л.
Записываем под формулами веществ в уравнениях реакции.
Пропорция для вычисления объема кислорода, что потратится при сгорании пропана объемом 840 л.
840 л / 22,4 л = х л / 112 л, отсюда
х л • 22,4 л = 112 л • 840 л
х = 112 л • 840 л : 22,4л
х = V1(О2)=4200 л=4,2 м3
Пропорция для вычисления объема кислорода, что потратится при сгорании бутана объемом 560 л.
560 л / 44,8 л = у л / 291,2 л, звідси
у л • 44,8 л =291,2 л • 560 л
у = 291,8 л • 560 л : 44,8л
у = V2(О2) = 3640 л = 3,64 м3
Вычисляем суммарный объем кислорода:
V(О2)=V1(О2) + V2(О2) = 4,2 м3 + 3,64 м3 =7,84 м3
С формулы вычисления объемной доли вещества φ(вещества)=V(вещества)/V(смеси) находим V(смеси)=V(вещества)/φ(вещества).
V(воздуха)=V(О2)/φ(О2)=7,84 л : 0,2 = 39,2 м3.
ІІ способ
Вычисляем количество вещества по формуле v=V/VM, где VM - постоянная величина и при н.у. численно равна 22,4 л/моль):
n(C3H8)=V(C3H8)/VM=840 л : 22,4 л/моль=37,5 моль.
n(C4H10)=V(C4H10)/VM=560 л : 22,4 л/моль=25 моль.
Составляем уравнениеи реакции горения пропана и бутана:
C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O
2С4Н10 + 13О2 -> 8СО2 + 10Н2О
Соотношение реагентов (в молях) равно соотношению соответствующих коэффициентов в уравнении реакции. По соотношению количества вещества n(C3H8):n(O2)=1:5 видим, что количество вещества кислорода в 5 раз больше, чем количество вещества бутана, поэтому
n1(O2)=5•n(C3H8)=5•37,5 моль=187,5 моль
По соотношению количества вещества n(C4H10):n(O2)=2:13=1:6,5 видим, что количество вещества кислорода в 6,5 раз больше, чем количество вещества пропана, поэтому
n2(O2)=6,5•n(C4H10)=6,5•25 моль=162,5 моль
Вычисляем объём кислорода найденного количеством вещества по формуле V=n•VM, где VM - постоянная величина и при н.у. численно равна 22,4 л/моль.
V1(O2)=n1(О2)•VM=187,5 моль•22,4 л/моль=4200 л = 4,2 м3
V2(O2)=n2(О2)•VM=162,5 моль•22,4 л/моль=3600 л = 3,64 м3
Вычисляем суммарный объем кислорода:
V(O2)=V1(O2)+V2(O2)=4,2 м3+3,64 м3 = 7,84 м3
В воздухе кислорода около 20%, следовательно,
7,84 м3 ккислорода - 20%, а
х м3 воздуха - 100%
х м3 / 7,84 м3 = 100% / 20%, отсюда
х м3 • 20% = 7,84 м3 • 100%
х = 7,84 м3 • 100% : 20%
х = V(воздуха) =39,2 м3
Ответ: израсходуется 39,2 м3 воздуха.
Упражнение 175. Какой объем углекислого газа образовался в результате полного сгорания 560 мл смеси метана и этана, которая тяжелее водорода в 10,8 раза?
Дано: V(CH4,C2H6)=560 мл, DH2(CH4,C2H6)=10,8. Найти: V(CO2)-?
Решение:
DH2(СН4,С2Н6)=M(СН4,С2Н6)/M(H2), поэтому M(СН4,С2Н6)/M(H2)=10,8,
следовательно, M(СН4,С2Н6)=10,8•M(H2)=10,8•2 г/моль=21,6 г/моль.
М(смеси)=φ1М1+φ2М2, где φ1,φ2 -объемные доли компонентов газовой смеси, М1,М2 - молярные массы компонентів смеси, М(смеси)-средняя молярная масса смеси.
M(CH4)=Ar(C)+4•Ar(H)=12+4•1=16 г/моль,
M(C2H6)=2•Ar(C)+6•Ar(H)=2•12+6•1=30 г/моль
Пусть объемная доля метана φ(CH4)=х, тогда объемная доля этана φ(C2H6)=1-х, подставив переменные в формулу, получаем алгебраическое уравнение и решаем его.
21,6 = 16х + 30(1-х)
21,6 = 16х + 30 - 30х
30х - 16х = 30 - 21,6
14х = 8,4
х = 4,4 : 14
х = φ(CH4)=0,6, или,
умножив это число на 100%, получим 60%.
φ(C2H4)=1-0,6 = 0,4, або,
умножив это число на 100%, получим 40%.
Объемная доля вещества (φ) - это отношение объема вещества к объему смеси: φ(вещества)=V(вещества)/V(смеси), отсюда V(вещества)=φ(вещества)•V(смеси).
V(CH4) = φ(СН4)•V(смеси)=0,6•560 мл=336 мл= 0,336 л.
V(C4H10)=φ(C4H10)•V(смеси)=0,4•560 мл=224 мл=0,224 л.
Примечание: лучше найти объем углекислого газа с использованием закона объемных соотношений (закона Гей-Люссака), который будете изучать через несколько уроков. Сейчас решаем теми способами, которые уже изучили.
Составляем уравнение реакции горения метана и етана:
0,336 л х л
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
22,4 л 22,4 л
0,224 л у л
2С2Н6 + 7О2 -> 4СО2 + 6Н2О
44,8 л 89,6 л
Над формулами веществ записываем данные, имеющиеся по условию задачи.
Мольные соотношения веществ показывают коэффициенты уравнения. При н.у. 1 моль газа занимает объем 22,4 л, поэтому 2 моль углекислого газа займут в 2 раза больший объем, то есть 44,8 л, а 4 моль - в 4 раза больший объем, то есть 89,6 л.
Записываем под формулами веществ в уравнениях реакции.
Пропорция для вычисления объема углекислого газа, что выделятся при сгорании метана объемом 336 л.
0,336 л / 22,4 л = х л / 22,4 л, отсюда
х л • 22,4 л = 0,336 л • 22,4 л
х = 0,336 л • 22,4 л : 22,4л
х = V1(CО2)=0,336 л = 336 мл.
Пропорция для вичисления объема углекислого газа, что выделяется при сгорании етана объемом 224 л.
0,224 л / 44,8 л = у л / 89,6л, отсюда
у л • 44,8 л =89,6 л • 0,224 л
у = 89,6 л • 0,224 л : 44,8л
у = V2(CО2) = 0,448 л = 448 мл
Вычисляем суммарный объем углекислого газа:
V(СO2)=V1(СO2)+V2(СO2)=336 мл + 448 мл = 784 мл.
Ответ: V(СO2)=784 мл.