Вправа 1. Назвіть природні джерела вуглеводневої сировини. Нафта, природний газ, супутний нафтовий газ, кам’яне вугілля.
Вправа 2. Охарактеризуйте склад найпоширеніших джерел вуглеводнів:
а) природного газу;
До складу природного газу входить переважно метан — 90–95 %, решту становлять газоподібні насичені вуглеводні (етан, пропан, бутан, пентан), а також у незначних об’ємних відсотках інші компоненти — гексан, азот, вуглекислий газ, гідроген сульфід.
б) нафти;
Нафта є сумішшю вуглеводнів, переважно рідких, у яких розчинені невеликі кількості твердих і газуватих вуглеводнів, а також інших органічних сполук. У нафті містяться вода і деякі неорганічні речовини. Під час перегонки (дистиляції, або ректифікації) утворює нафтопродукти: бензин, лігроїн, гас, газойль, мазут
в) кам’яного вугілля.
Тверда викопна вуглеводнева сировина, що містить 75–90 % Карбону.
Вправа 3. Обчисліть масову частку Карбону в бутані.
Відомо: C4H10 Знайти: ω(C)-?
Розв'язування:
Масову частку елемента у сполуці обчислюємо за формулою:
ω(E)=n•Ar(Е)/Mr(сполуки), де ω(E) - масова частка; n — число атомів елемента; Аг(Е) — відносна атомна маса елемента; Мг(сполуки) — відносна молекулярна (формульна) маса сполуки.
Mr(C4H10)=4•Ar(C)+10•Ar(H)=4•12+10•1=58
ω(C)=4•Ar(C)/Mr(C4H10)=4•12/58=0,8276 або,
помноживши це число на 100%, одержимо 82,76%.
Відповідь: 82,76%.
Вправа 4. Обчисліть об’єм кисню (н. у.), який витратиться для повного згоряння природного газу об’ємом 20 м3, уважаючи, що він складається тільки з метану.
Дано: V(СН4)=20 м3=2000 л. Знайти: V(О2)-?
Розв'язування.
І спосіб
Запишемо рівняння реакції горіння метану.
СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О
За рівнянням реакції V(СН4):V(О2)=1:2, тому
V(О2)=V(CH4)•2=2000 л •2=4000 л = 40 м3.
ІІ спосіб
Запишемо рівняння реакції горіння метану.
2000 л х л
СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О
1 об'єм 2 об'єми
Для складання пропорції скористаємося законом об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА).
2000 л / 1 = х л / 2
х=2000 л • 2 : 1
х=V(O2)=4000 л = 40 м3.
Відповідь. 40 м3.
Вправа 5. Обчисліть об’єм кисню (н.у.), що буде використано для згоряння дизельного пального масою 424 кг з масовою часткою Карбону 60%, нехтуючи невуглеводневими домішками.
Дано: m(суміші)=424 кг; ω(C)=60%. Знайти: V(О2)-?
Розв'язування.
І спосіб
Обчислюємо масу вуглецю в суміші (дизельне пальне):
m(C)=(ω(C)•m(суміші)):100%= 60%•424 кг:100%=254,4 кг.
Запишемо рівняння реакції.
254,4 кг х м3
С + О2 → СО2
12 кг 22,4 м3
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 1 кмоль вуглецю С з 1 кмоль кисню O2 (1 кмоль газу за н.у. займає об'єм 22,4 м3). Обчислюємо молярну масу (M=Mr кг/кмоль) вуглецю й, відповідно, масу 1 кмоль.
Mr(C)=Ar(C)=12, M(C)=12 кг/кмоль. Маса 1 кмоль=12 кг.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм кисню.
254,4 кг / 12 кг = х м3 / 22,4 м3, звідси
х м3 • 12 кг = 254,4 кг • 22,4 м3
х = 254,4 кг • 22,4 м3 / 12 кг
х = 474,88 м3
II спосіб
Обчислюємо масу вуглецю в суміші (дизельне пальне):
m(C)=(ω(C)•m(суміші)):100%= 60%•424 кг:100%=254,4 кг.
Обчислюємо кількість речовини вуглецю масою 254,4 кг за формулою v=m/M, де
M=Mr кг/кмоль.
Mr(C)=Ar(C)=12, M(C)=12 кг/кмоль.
v(С)=m(С):M(С)=254,4 кг:12 кг/кмоль=21,2 кмоль
Записуємо рівняння реакції: С+О2→СО2
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 1 кмоль вуглецю С з 1 кмоль кисню O2, кількості речовини однакові, тому
v(O2)=v(C)=21,2 кмоль
Обчислюємо об'єм кисню кількістю речовини 21,2 кмоль за формулою V=v•VM, де VM - постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 м3/кмоль.
V(O2)=v(O2)•VM=21,2 кмоль•22,4 м3/кмоль=474,88 м3.
Відповідь: 474,88 м3.
Вправа 6. Обчисліть об’єм кисню (н. у.) і повітря, що витратяться для згоряння бензину масою 848 кг з масовою часткою Карбону 84,9%. Невуглеводневими домішками в бензині знехтуйте.
Дано: m(суміші)=848 кг; ω(C)=84,9%;
Знайти: V(О2)-?, V(повітря)-?
Розв'язування.
І спосіб
Обчислюємо масу Карбону в суміші (дизельне пальне):
m(C)=(ω(C)•m(суміші)):100%=84,9%•848 кг:100%=719,9 кг.
Запишемо рівняння реакції.
719,9 кг х м3
С + О2 → СО2
12 кг 22,4 м3
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 1 кмоль вуглецю С з 1 кмоль кисню O2 (1 кмоль газу за н.у. займає об'єм 22,4 м3). Обчислюємо молярну масу (M=Mr кг/кмоль) вуглецю й, відповідно, масу 1 кмоль.
Mr(C)=Ar(C)=12, M(C)=12 кг/кмоль. Маса 1 кмоль=12 кг.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм кисню.
719,9 кг / 12 кг = х м3 / 22,4 м3, звідси
х м3 • 12 кг = 719,9 кг • 22,4 м3
х = 719,9 кг • 22,4 м3 / 12 кг
х = 1344 м3
Перераховуємо об'єм кисню на об'єм повітря (кисню в повітрі близько 20%).
Отже, 1344 м3 О2 складає 20%, тоді
х м3 повітря - 100%
х=(1344 м3 • 100%):20%=6720 м3.
II спосіб
Обчислюємо масу Карбону в суміші (дизельне пальне):
m(C)=(ω(C)•m(суміші)):100%=84,9%•848 кг:100%=719,9 кг.
Обчислюємо кількість речовини вуглецю масою 719,9 кг за формулою v=m/M, де
M=Mr г/моль.
Mr(C)=Ar(C)=12, M(C)=12 кг/кмоль.
v(С)=m(С) : M(С)=719,9 кг : 12 кг/кмоль=59,99 кмоль
Записуємо рівняння реакції: С+О2→СО2
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 1 кмоль вуглецю С з 1 кмоль кисню O2, кількості речовини однакові, тому
v(O2)=v(C)=59,99 кмоль
Обчислюємо об'єм кисню кількістю речовини 59,99 кмоль за формулою V=v•VM, де VM - постійна величина і за н.у. дорівнює 22,4 м3/кмоль.
V(O2)=v(O2)•VM=59,99 кмоль•22,4 м3/кмоль=1344 м3.
У повітрі кисню близько 20% за об'ємом (або 1/5 частина), тому повітря треба взяти у 5 разів більшого об'єму, тобто 5•1344 м3= 6720 м3.
Відповідь: 1344 м3 кисню і 6720 м3 повітря.
Вправа 7. Сучасні модернізовані автомобільні двигуни витрачають бензин масою 5 кг на 100 км пройденого шляху. Обчисліть, який об’єм повітря буде витрачено на спалювання бензину, якщо до його складу входить Карбон із масовою часткою 86%, а решта — Гідроген.
Дано: m(суміші)=5 кг; ω(C)=86%. Знайти: V(повітря)-?
Розв'язування.
Обчислюємо масу вуглецю в суміші (бензині):
m(C)=(ω(C)•m(суміші)):100%=86%•5 кг:100%=4,3 кг.
Запишемо рівняння реакції горіння вуглецю:
4,3 кг х м3
С + О2 → СО2
12 кг 22,4 м3
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 1 кмоль вуглецю С з 1 кмоль кисню O2 (1 кмоль газу за н.у. займає об'єм 22,4 м3). Обчислюємо молярну масу (M=Mr кг/кмоль) вуглецю й, відповідно, масу 1 кмоль.
Mr(C)=Ar(C)=12, M(C)=12 кг/кмоль. Маса 1 кмоль=12 кг.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм кисню.
4,3 кг / 12 кг = х м3 / 22,4 м3, звідси
х м3 • 12 кг = 4,3 кг • 22,4 м3
х = 4,3 кг • 22,4 м3 / 12 кг
х =V1(O2)=8,02 м3
Обчислюємо масу Гідрогену в суміші (бензині):
m(H)=m(суміші)-m(C)=5 кг - 4,3 кг = 0,7 кг.
Запишемо рівняння реакції горіння водню:
0,7 кг х м3
2H2 + О2 → 2H2O
4 кг 22,4 м3
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 2 кмоль водню Н2 з 1 кмоль кисню O2 (1 кмоль газу за н.у. займає об'єм 22,4 м3). Обчислюємо молярну масу (M=Mr кг/кмоль) водню й, відповідно, масу 2 кмоль.
Mr(H2)=2•Ar(H)=2•1=2, M(H2)=2 кг/кмоль.
Маса 1 кмоль=2 кг, а маса 2 моль=4 кг.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм кисню.
0,7 кг / 4 кг = х м3 / 22,4 м3, звідси
х м3 • 4 кг = 0,7 кг • 22,4 м3
х = 0,7 кг • 22,4 м3 / 4 кг
х = V2(O2)=3,92 м3
Сумарний об'єм кисню:
V(O2)=V1(O2)+V2(O2)=8,02 м3 + 3,92 м3 = 11,94 м3
У повітрі кисню близько 20% за об'ємом (або 1/5 частина), тому повітря треба взяти у 5 разів більшого об'єму, тобто 5•11,94 м3=59,7 м3.
Відповідь: 59,7 м3 повітря.
Вправа 8. Трактор за робочий день використав 30 кг пального, у якому масова частка Карбону становить 52%, а решта — Гідроген. Обчисліть об’єм витраченого повітря й об’єм карбон (ІV) оксиду (н.у.), що виділився в атмосферу.
Дано: m(суміші)=30 кг; ω(C)=52%. Знайти: V(повітря)-?, V(СО2)-?
Розв'язування.
Обчислюємо масу вуглецю в суміші (пальне):
m(C)=(ω(C)•m(суміші)):100%=52%•30 кг:100%=15,6 кг.
Запишемо рівняння реакції горіння вуглецю:
15,6 кг х м3 у м3
С + О2 → СО2
12 кг 22,4 м3 22,4 м3
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 1 кмоль вуглецю С з 1 кмоль кисню O2 з утворенням 1 кмоль вуглекислого газу СО2. За н.у. 1 кмоль газу займає об'єм 22,4 м3. Обчислюємо молярну масу (M=Mr кг/кмоль) вуглецю й, відповідно, масу 1 кмоль.
Mr(C)=Ar(C)=12, M(C)=12 кг/кмоль. Маса 1 кмоль=12 кг.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм кисню і вуглекислого газу.
15,6 кг / 12 кг = х м3 / 22,4 м3, звідси
х м3 • 12 кг = 15,6 кг • 22,4 м3
х = 15,6 кг • 22,4 м3 / 12 кг
х =V1(O2)=V0(CO2)=29,12 м3
Обчислюємо масу Гідрогену в суміші (пальне):
m(H)=m(суміші)-m(C)=30 кг - 15,6 кг = 14,4 кг.
Запишемо рівняння реакції горіння водню:
14,4 кг х м3
2H2 + О2 → 2H2O
4 кг 22,4 м3
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння.
Прореагувало 2 кмоль водню Н2 з 1 кмоль кисню O2 (1 кмоль газу за н.у. займає об'єм 22,4 м3). Обчислюємо молярну масу (M=Mr кг/кмоль) водню й, відповідно, масу 2 кмоль.
Mr(H2)=2•Ar(H)=2•1=2, M(H2)=2 кг/кмоль.
Маса 1 кмоль=2 кг, а маса 2 моль=4 кг.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм водню.
14,4 кг / 4 кг = х м3 / 22,4 м3, звідси
х м3 • 4 кг = 14,4 кг • 22,4 м3
х = 14,4 кг • 22,4 м3 / 4 кг
х = V2(О2)=80,64 м3
Сумарний об'єм кисню:
V(O2)=V1(O2)+V2(O2)=29,12 м3 + 80,64 м3 = 109,76 м3
У повітрі кисню близько 20% за об'ємом (або 1/5 частина), тому повітря треба взяти у 5 разів більшого об'єму, тобто 5•109,76 м3=548,8 м3.
Відповідь: 548,8 м3 повітря і 29,12 м3 карбон (IV) оксиду.