Загрузка...

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│1 окисление

окислитель O20 +4e- ->2O-2      │ │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

   CH +  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

4Н10 + 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 = V12)=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 = V22) = 3640 л = 3,64 м3

Вычисляем суммарный объем кислорода:

V(О2)=V12) + V22) = 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

4Н10 + 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)=n12)•VM=187,5 моль•22,4 л/моль=4200 л = 4,2 м3

V2(O2)=n22)•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(СН42Н6)=M(СН42Н6)/M(H2), поэтому M(СН42Н6)/M(H2)=10,8,

следовательно, M(СН42Н6)=10,8•M(H2)=10,8•2 г/моль=21,6 г/моль.

М(смеси)=φ1М12М2, где φ1,φ2 -объемные доли компонентов газовой смеси, М1- молярные массы компонентів смеси, М(смеси)-средняя молярная масса смеси.

M(CH4)=Ar(C)+4Ar(H)=12+41=16 г/моль, 

M(C2H6)=2Ar(C)+6Ar(H)=212+61=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

2Н6 + 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.

Другие задания смотри здесь...

Загрузка...