Загрузка...

Інші завдання дивись тут...

Вправа 170. Розгляньте горіння метану як окисно-відновну реакцію: назвіть елемент окисник і елемент відновник, охарактеризуйте процеси окиснення і відновлення.

C-4H4+1 + O20 -> C+4O2-2 + H2+1O-2

відновник С-4 - 8e- -> C+4  │8│1 окиснення

окисник O20 +4e- ->2O-2    │ │2 відновлення

Числа в останньому стовпчику — 1 і 2 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:

C-4 - 8e- -> C+4

2O20 + 8e- -> 4O-2 

Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:

C-4 + 2O20 -> C+4 + 4O-2

Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції (зверніть увагу: два атоми O-2 є у складі CO2, тому біля H2O залишається коефіцієнт 2):

CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O

Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Гідрогену в обох частинах однакове: по 4 атома.

 

Вправа 171. Допишіть хімічні рівняння:

а) С3Н8 + … О2 (надлишок) → … ;

C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O

б) … (гомолог метану) + … О2 → 5СО2 + … H2O.

C5H12 + 8O2 -> 5CO2 + 6H2O 

 

Вправа 172. Напишіть рівняння реакцій горіння етилену та ацетилену за умови нестачі кисню (з утворенням карбон (ІІ) оксиду і водяної пари).

C2H4 + 2O2 = 2CO + 2H2O

2C2H2 + 3O2 = 4CO + 2H2O

 

Вправа 173. Чи вистачить 100 л повітря для повного спалювання 5,6 л метану? Вважайте, що об’єми відповідають нормальним умовам, а об’ємна частка кисню в повітрі становить 20%.

Відомо: V(CH4)=5,6 л, φ(O2)=20% або 0,2. Знайти: V(повітря)-?

Розв'язування:

Примітка: найкраще розв'язувати задачу з використанням закону об'ємних відношень (закону Гей-Люссака), який вивчатимете через декілька уроків. Наразі розв'язуємо тими способами, що вже вивчили. 

І спосіб

Складаємо хімічне рівняння:

 5,6 л      х л

   CH +  2O2 = CO2 + 2H2O

 22,4 л    44,8 л

Над формулами сполук СН4 і O2 записуємо наведені в умові задачі об'єм метану (5,6 л) і невідомий об'єм кисню (х л), а під формулами сполук - об'єми відповідної кількості речовини згідно з коефіцієнтами в хімічному рівнянні (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л, а 2 моль займуть у два рази більший об'єм, тобто  44,8 л). 

Складаємо пропорцію і розв'язуємо її:

за рівнянням реакції 22,4 л СН4 реагує з 44,8 л О2,

за умовою задачі 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

З формули обчислення об'ємної частки речовини φ(речовини)=V(речовини)/V(суміші) знаходимо V(суміші)=V(речовини)/φ(речовини).

V(повітря)=V(О2)/φ(О2)=11,2 л : 0,2 = 56 л.

Отже, 56 л < 100 л, тому вистачить.

II спосіб

Обчислюємо кількість речовини метану об'ємом 5,6 л за формулою v=V/VM, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):

n(CH4)=V(CH4)/VM=5,6 л : 22,4 л/моль=0,25 моль.

Записуємо рівняння реакції: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції. За співвідношенням кількості речовини n(CH4):n(O2)=1:2 бачимо, що кількість речовини кисню є у 2 рази більша, ніж кількість речовини метану, тому

n(O2)=2•n(CH4)=2•0,25 моль=0,5 моль

З формули n=V/Vм, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль, знаходимо об'єм V=n•VM

V(O2)=n(О2)•VM=0,5 моль•22,4 л/моль=11,2 л

У повітрі кисню близько 20% за об'ємом (або 1/5 частина), тому повітря треба взяти у 5 разів більшого об'єму, тобто 5•11,2 л= 56 л.

Отже, 56 л < 100 л, тому вистачить.

Відповідь: вистачить.

 

Вправа 174. Який об’єм повітря витратиться на спалювання 1,4 м3 суміші, яка складається із 60% пропану і 40% бутану (за об’ємом)? 

Дано: V(суміш)=1,4 м3=1400 л, φ(С3Н8)=60% або 0,6;

φ(С4Н10)=40% або 0,4, φ(O2)=20% або 0,2 

Знайти: V(повітря)-?

Розв'язування:

Знайдемо об'єми пропану і бутану у суміші.

Об'ємна частка речовини (φ) - це відношення об'єму речовини до  об'єму суміші:  φ(речовини)=V(речовини)/V(суміші), звідси V(речовини)=φ(речовини)•V(суміші).

V(C3H8) = φ(С3Н8)•V(суміші)=0,6•1400 л=840 л.

V(C4H10)=φ(C4H10)•V(суміші)=0,4•1400 л=560 л.

Примітка: найкраще розв'язувати задачу з використанням закону об'ємних відношень (закону Гей-Люссака), який вивчатимете через декілька уроків. Наразі розв'язуємо тими способами, що вже вивчили. 

І спосіб

Запишемо рівняння горіння пропану та бутану.

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 речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. За н.у. 1 моль газу займає об'єм 22,4 л, тому 2 моль газу займуть - 44,8 л, 5 моль займуть - 112 л, а 13 моль займуть - 291,2 л.

Записуємо під формулами речовин у рівняннях  реакції.

Пропорція для обчислення об'єму кисню, що витратиться при згорянні пропану об'ємом 840 л.

840 л / 22,4 л = х л / 112 л, звідси

х л • 22,4 л = 112 л • 840 л

х = 112 л • 840 л : 22,4л

х = V(C3H8)=4200 л=4,2 м3

Пропорція для обчислення об'єму кисню, що витратиться при згорянні бутану об'ємом 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 = V(C4H10) = 3640 л = 3,64 м3

Обчислюємо сумарний об'єм кисню:

V(О2)= V(C2H8) + V(C4H10) = 4,2 м3 + 3,64 м3 =7,84 м3

З формули обчислення об'ємної частки речовини φ(речовини)=V(речовини)/V(суміші) знаходимо V(суміші)=V(речовини)/φ(речовини).

V(повітря)=V(О2)/φ(О2)=7,84 л : 0,2 = 39,2 м3.

ІІ спосіб

Обчислюємо кількість речовини за формулою v=V/VM, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 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.

Записуємо рівняння реакції горіння пропану та бутану:

C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O

4Н10 + 13О2 -> 8СО2 + 10Н2О

Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції. За співвідношенням кількості речовини n(C3H8):n(O2)=1:5 бачимо, що кількість речовини кисню у 5 разів більша, ніж кількість речовини бутану, тому  n1(O2)=5•n(C3H8)=5•37,5 моль=187,5 моль

За співвідношенням кількості речовини n(C4H10):n(O2)=2:13=1:6,5 бачимо, що кількість речовини кисню у 6,5 разів більша, ніж кількість речовини пропану, тому n2(O2)=6,5•n(C4H10)=6,5•25 моль=162,5 моль

З формули n=V/Vм, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль, знаходимо об'єм V=n•VM

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

Обчислюємо сумарний об'єм кисню:

V(O2)=V1(O2)+V2(O2)=4,2 м3 + 3,64 м3 = 7,84 м3

У повітрі кисню близько 20%, отже,

7,84 м3 кисню - 20%, а

х м3 повітря - 100%

х м3 / 7,84 м3 = 100% / 20%, звідси

х м3 • 20% = 7,84 м3 • 100%

х = 7,84 м3 • 100% : 20%

х = V(повітря) =39,2 м3 

Відповідь. V(повітря)=39,2 м3.

 

Вправа 175. Який об’єм вуглекислого газу утворився після повного згоряння 560 мл суміші метану й етану, важчої за водень у 10,8 раза?

Відомо: V(CH4,C2H6)=560 мл, DH2(CH4,C2H6)=10,8. Знайти: V(CO2)-?

Розв'язування:

DH2(СН42Н6)=M(СН42Н6)/M(H2), тому M(СН42Н6)/M(H2)=10,8,

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

М(суміші)=φ1М12М2, де φ1,φ2 -об'ємні частки компонентів газової суміші, М1- молярні маси компонентів суміші, М(суміші)-середня молярна маса суміші.

M(CH4)=Ar(C)+4Ar(H)=12+41=16 г/моль, 

M(C2H6)=2Ar(C)+6Ar(H)=212+61=30 г/моль

Нехай об'ємна частка метану φ(CH4)=х, тоді об'ємна частка етану φ(C2H6)=1-х, підставивши змінні у формулу, отримуємо алгебраїчне рівняння і розв'язуємо його.

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 або,

помноживши це число на 100%, одержимо 60%.

φ(C2H4)=1-0,6 = 0,4 або,

помноживши це число на 100%, одержимо 40%.

Об'ємна частка речовини (φ) - це відношення об'єму речовини до  об'єму суміші:  φ(речовини)=V(речовини)/V(суміші), звідси V(речовини)=φ(речовини)•V(суміші).

V(CH4) = φ(СН4)•V(суміші)=0,6•560 мл=336 мл= 0,336 л.

V(C4H10)=φ(C4H10)•V(суміші)=0,4•560 мл=224 мл=0,224 л. 

Примітка: найкраще знайти об'єм вуглекислого газу з використанням закону об'ємних відношень (закону Гей-Люссака), який вивчатимете через декілька уроків. Наразі розв'язуємо тим способами, що вже вивчили. 

Записуємо рівняння реакції горіння метану та етану:

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 речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. За н.у. 1 моль газу займає об'єм 22,4 л, тому 2 моль вуглекислого газу займуть у 2 рази більший об'єм, тобто 44,8 л, а 4 моль - у 4 рази більший об'єм, тобто 89,6 л.

Записуємо під формулами речовин у рівняннях  реакції.

Пропорція для обчислення об'єму вуглекислого газу, що виділиться при згорянні метану об'ємом 336 л.

0,336 л / 22,4 л = х л / 22,4 л, звідси

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.

Пропорція для обчислення об'єму вуглекислого газу, що виділиться при згорянні етану об'ємом 224 л.

0,224 л / 44,8 л = у л / 89,6л, звідси

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

Обчислюємо сумарний об'єм вуглекислого газу:

V(СO2)=V1(СO2)+V2(СO2)=336 мл + 448 мл = 784 мл.

Відповідь: V(СO2)=784 мл.

Інші завдання дивись тут...

Загрузка...