Вправа 182. Охарактеризуйте склад нафти. Нафта є однорідною сумішшю вуглеводнів, переважно рідких, у яких розчинені невеликі кількості твердих і газуватих вуглеводнів, а також інших органічних сполук.
Вправа 183. Чому нафта не має певної густини і температури кипіння? Бо нафта є сумішшю речовин, а різні речовини у складі нафти киплять за різних температур.
Вправа 184. Порівняйте склад природного і супутнього нафтового газів. У складі природного газу метану більше (становить 85-99%), а вуглеводнів (етан, пропан, бутан, пентан) є менше, а у складі супутного нафтового газу навпаки: метану менше (становить 30-40% за об'ємом), а вуглеводнів (етан, пропан, бутан, пентан) - більше.
Вправа 185. Назвіть основні сфери застосування вуглеводнів та їх природних джерел. Вуглеводні слугують паливом, пальним, розчинниками, сировиною для виробництва різних органічних сполук.
Метан (природний газ) використовують як паливо, є цінною хімічною сировиною для виробництва органічних речовин.
Пропан-бутанова суміш — один із видів пального у двигунах внутрішнього згоряння, балони з сумішшю зріджених газів застосовують у побуті для газових плит.
Суміші рідких вуглеводнів — уайтспірит, петролейний ефір — слугують розчинниками для лаків і фарб.
Етилен використовують як сировину для виробництва поліетилену, а також для добування етилового спирту, органічних розчинників, інших речовин.
Добавляння невеликої кількості етилену в повітря теплиць прискорює достигання овочів і фруктів.
Найбільше ацетилену витрачають на виробництво етилового спирту, оцтової кислоти, полімерів, органічних розчинників.
Ацетилен використовують при зварюванні й різанні металів.
Вправа 186. За матеріалами з інтернету з’ясуйте, які переваги і недоліки має застосування природного газу або пропан-бутанової суміші як пального в транспортних засобах порівняно з бензином.
Переваги:
- екологічно чистий вид палива (менш токсичні викиди);
- високоякісне пальне з октановим числом близько 105, що забезпечує опірність пального до детонації (чим вище октанове число, тим вищою є детонаційна стійкість пального - це здатність пального протистояти самозайманню при стисненні) у будь-якому режимі двигуна;
- зменшення шкідливих відкладень всередині двигуна зменшує передчасну зношеність деталей і підвищує терміни служби двигуна.
Недоліки:
- збільшується вага транспортного засобу;
- утруднений запуск холодного двигуна;
- балон займає додатковий об'єм.
Вправа 187. Природний газ одного з родовищ містить 94% метану, 2% етану, 2% пропану (частки об’ємні), а також азот і вуглекислий газ. Який об’єм повітря необхідний для повного згоряння 1 м3 цього газу? Вважайте, що об’ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.
Дано: V(суміші)=1 м3= 1000 л; φ(СН4)=94% або 0,94;
φ(С2Н6)=φ(С3Н8)=2% або 0,02; Знайти: V(повітря)-?
Розв'язування:
У кисні будуть горіти три гази суміші, тому знайдемо об'єми метану, етану і пропану у суміші природного газу.
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) = 0,94•1000 л=940 л.
V(C2H6)=φ(С2Н6)•V(суміші)= 0,02•1000 л=20 л.
V(C3H8)=φ(С3Н8)•V(суміші)=0,02•1000 л=20 л.
Примітка: найкраще розв'язувати задачу з використанням закону об'ємних відношень (закону Гей-Люссака), який пропонується у §25. Наразі розв'язуємо тими способами, що вже вивчили.
І спосіб
Запишемо рівняння горіння метану, етану та пропану.
940 л х л
СН4 + 2О2 -> СО2 + 2Н2О
22,4 л 44,8 л
20 л у л
2С2Н6 + 7О2 -> 4СО2 + 6Н2О
44,8 л 156,8 л
20 л z л
С3Н8 + 5О2 -> 3СО2 + 4Н2О
22,4 л 112 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 кисню займуть - 44,8 л, 5 моль - 112 л, а 7 моль - 156,8 л.
Записуємо під формулами речовин у рівняннях реакції.
Складаємо три пропорції та розв'язуємо їх.
Пропорція для обчислення об'єму кисню, що витратиться при згорянні метану об'ємом 940 л.
940 л / 22,4 л = х л / 44,8 л, звідси
х л • 22,4 л = 940 л • 44,8 л
х=940 л • 44,8 л : 22,4л
х = V1(O2)=1880 л
Пропорція для обчислення об'єму кисню, що витратиться при згорянні етану об'ємом 20 л.
20 л / 44,8 л = у л / 156,8 л, звідси
у л • 44, 8 л = 20 л • 156,8 л
у л = 20 л • 156,8 л : 44,8 л
у = V2(O2)=70 л
Пропорція для обчислення об'єму кисню, що витратиться при згорянні пропану об'ємом 20 л.
20 л / 22,4 л = z л / 112 л, звідси
z л • 22,4 л = 20 л • 112 л
z л = 20 л • 112 л : 22,4 л
z = V3(O2)=100 л
Обчислюємо сумарний об'єм кисню:
V(О2)=V1(O2)+V2(O2)+V3(O2)= 1880 л + 70 л + 100 л = 2050 л = 2,05 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)=5•V(О2)= 5•2,05 м3=10,25 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(CH4)=V(CH4)/VM=940 л : 22,4 л/моль=41,96 моль.
n(C2H6)=V(C2H6)/VM=20 л : 22,4 л/моль=0,89 моль.
n(C3H8)=V(C3H8)/VM=20 л : 22,4 л/моль=0,89 моль.
Записуємо рівняння реакції горіння метану, етану та пропану:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O (1)
2С2Н6 + 7О2 -> 4СО2 + 6Н2О (2)
С3Н8 + 5О2 -> 3СО2 + 4Н2О (3)
Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.
За рівнянням реакції (1) n(CH4):n(O2)=1:2, тому
n1(O2)=2•n(CH4)=2•41,96 моль=83,92 моль
За рівнянням реакції (2) n(C2H6):n(O2)=2:7=1:3,5, тому
n2(O2)=3,5•n(C2H6)=3,5•0,89 моль=3,115 моль
За рівнянням реакції (3) n(C3H8):n(O2)=1:5, тому
n3(O2)=5•n(C2H6)=5•0,89 моль=4,45 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)=n1(О2)•VM=83,92 моль•22,4 л/моль=1880 л
V2(O2)=n2(О2)•VM=3,115 моль•22,4 л/моль=70 л
V3(O2)=n3(О2)•VM=4,45 моль•22,4 л/моль=100 л
Обчислюємо сумарний об'єм кисню:
V(O2)=V1(O2)+V2(O2)+V3(O2)=1880 л +70 л+100 л = 2050 л=2,05 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)=2,05 м3 : 0,2 = 10,25 м3
Відповідь. V(повітря)=10,25 м3
Вправа 188. У результаті спалювання 10 г антрациту в надлишку кисню утворилося 18 л карбон (IV) оксиду (н.у.). Визначте масову частку вуглецю в антрациті.
Відомо: m(антрациту)=10 г, V(CO2)=18 л. Знайти: w(С)-?
Розв'язування:
Обчислюємо кількість речовини за формулою v=V/VM, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):
n(CО2)=V(CО2)/VM=18 л : 22,4 л/моль=0,8 моль.
Записуємо рівняння реакції:
С + О2 = СО2
Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.
За співвідношенням n(C):n(СO2)=1:1, кількості речовин однакові, тому n(С)=n(CО2)=0,8 моль
Обчислюємо масу вуглецю кількістю речовини 0,8 моль за формулою m=v•M, де
M=Mr г/моль.
M(C)=Mr(C) г/моль = 12 г/моль.
m(C)=v(C)•M(C)=0,8 моль •12 г/моль = 9,64 г.
Обчислюємо масову частку сполуки за формулою w(сполуки)=m(сполуки)/m(суміші):
w(C)=m(C)/m(антрациту)=9,64 г : 10 г = 0,964 або,
помноживши це число на 100%, одержимо 96,4%.
Відповідь: w(C)=96,4%, або 0,964.