...

Самостійна робота. ВІДНОШЕННЯ ОБ'ЄМІВ ГАЗІВ У ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЯХ - ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА: oб'єми газів, що вступають у реакцію, відносяться один до одного та до газоподібних продуктів реакції як невеликі цілі числа.

І-ІІ рівні

Задача 1. Етин об'ємом 40 л повністю згорів у кисні. Обчисліть об'єм утвореного карбон(ІУ) оксиду (н. у.).

Дано: V(C2H2)=40 л        Знайти: V(СО2)-? 

Розв'язування:

І спосіб.

Запишемо рівняння горіння етину.

40 л                    х л            

2Н2     + 5О2    →  4СО2   + 2Н2О

2 об'єми                   4 об'ємів 

Для складання пропорції скористаємося законом об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА).

40 л / 2 = х / 4, х = 40 • 4 / 2 = 80 л.

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння горіння етину.

2Н2 + 5О2 4СО+ 2Н2О          

За рівнянням реакції під час згоряння етину об'ємом 40 л карбон (IV) оксиду витрачається у 2 рази більше (V(C2H2):V(CO2)=2:4=1:2), тому V(СО2)=V(C2H2)2=40 л 2=80 л.

Відповідь: V(СО2)=80 л.

Задача 2. Для добування тетрахлороетану витратили хлор об'ємом 140 л. Обчисліть об'єм етину, що вступив у реакцію (н.у.).

Дано: V(Cl2)=140 л        Знайти: V2H2)-? 

Розв'язування:

І спосіб.

Запишемо рівняння реакції.

х л            140 л            

С2Н2     +   2Cl2    →  С2H2Cl4

1 об'єм        2 об'єми 

Для складання пропорції скористаємося законом об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА).

х л / 1 = 140 л / 2, х = 140 л • 1 / 2 = 70 л.

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції.

С2Н+ 2ClС2H2Cl4         

За рівнянням реакції під час добування тетрахлоретану етину витрачається у 2 рази менше, ніж хлору (V(C2H2):V(Cl2)=1:2), тому V(C2H2)=V(Cl2):2=140 л 2=70 л.

Відповідь: V2Н2)=70 л.

III рівень

Задача 3. Під час хлорування етану за сильного освітлення утворився дихлороетан та гідроген хлорид об'ємом 44,8 л (н. у.). Обчисліть об'єми вихідних речовин.

Дано: V(НCl)=44,8 л        Знайти: V2H6)-? V(Cl2)-?

Розв'язування:

І спосіб.

Запишемо рівняння реакції.

х л            y л                     44,8 л    

С2Н6     +      2Cl2    →  С2H4Cl2 + 2HCl

1 об'єм        2 об'єми                    2 об'єми

Для складання пропорцій скористаємося законом об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА).

Пропорція для обчислення об'єму етану С2Н6.

х л / 1 = 44,8 л / 2,     х = 44,8 л • 1 / 2 = 22,4 л.

Пропорція для обчислення об'єму хлору Cl2.

у л / 2 = 44,8 л / 2,     х = 44,8 л • 2 / 2 = 44,8 л.

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції.

С2Н6+2Cl2С2H4Cl2 + 2HCl        

За рівнянням реакції під час добування дихлороетану етану витрачається у 2 рази менше, ніж утворюється хлороводню (V(C2H6:V(НCl)=1:2), тому V(C2H6)=V(НCl):2=44,8 л : 2=22,4 л.

За рівнянням реакції під час добування дихлороетану хлору витрачається і хлороводню утворюється в однакових об'ємах  (V(Cl2):V(НCl)=2:2=1:1), тому V(Cl2)=V(НCl)=44,8 л.

Відповідь: V2Н6)=22,4 л; V(Cl)=44,8 л.

Задача 4. Етин об'ємом 115 л повністю прореагував з воднем за наявності каталізатора. Обчисліть об'єми водню, що вступив у реакцію, та етану, що утворився в її результаті (н. у.).

Дано: V(C2Н2)=115 л        Знайти: V(H2)-? V(C2Н6)-?

Розв'язування:

І спосіб.

Запишемо рівняння реакції.

115 л            х л         у л    

С2Н2     +      3Н2    →   С2H6

1 об'єм            3 об'єми     1 об'єм

Для складання пропорцій скористаємося законом об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА).

Пропорція для обчислення об'єму водню Н2.

115 л / 1 = х л / 3,     х = 115 л • 3 / 1 = 345 л.

Пропорція для обчислення об'єму етану С2Н6.

115 л / 1 = у л / 1,     у = 115 л • 1 / 1 = 115 л.

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції.

С2Н2+3Н2С2H6        

За рівнянням реакції водню витрачається в 3 рази більше, ніж етину (V(C2H2):V(H2)=1:3), тому V(H2)=V(C2H2)3= 115л3=345л.

За рівнянням реакції етину витрачається і етану утворюється в однакових об'ємах (V(C2H2):V(C2H6)=1:1), тому V(C2H6)=V(C2H2)=115л.

ЗВідповідь: V2)=345 л; V(C2Н6)= 115 л.

IV рівень

Задача 5. Для зварювання та різання металів використовують суміш етину з киснем. Обчисліть, які об'єми цих газів треба взяти, щоб утворився такий об'єм карбон (ІV) оксиду (н. у.), який утвориться під час повного згоряння пропану кількістю речовини З моль.

Дано: y(C3H8)=3 моль        Знайти: V(СО2)-? V2Н2)-? V2)-?

Розв'язування:

І спосіб.

Запишемо рівняння горіння пропану.

3 моль                  х л            

3Н8     + 10О2    →  6СО2   + 8Н2О

2 моль                     134,4 л 

Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 2 моль пропану С3Н8  з утворенням 6 моль карбон (IV) оксиду (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4л, а 6 моль займатимуть 134,4л.)

Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

Складаємо пропорцію для обчислення об'єму карбон (IV) оксиду СО2.

3 моль / 2 моль = х л / 134,4 л,     х = 134,4 л • 3 / 2 = 201,6 л.

Запишемо рівняння горіння етину.

х л          у л           201,6 л            

2Н2     + 5О2    →     4СО2     + 2Н2О

2 об'єми     5 об"ємів       4 об"єми 

Для складання пропорцій скористаємося законом об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА).

Пропорція для обчислення об'єму етину С2Н2.

х л / 2 = 201,6 л / 4,     х = 201,6 л • 2 / 4 = 100,8 л.

Пропорція для обчислення об'єму кисню О2.

у л / 5 = 201,6 л / 4,     у = 201,6 л • 5 / 4 = 252 л.

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння горіння пропану.

3Н8+10О26СО2+8Н2О          

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 2 моль пропану С3Н8  з утворенням 6 моль карбон (IV) оксиду, кількість речовини карбон (IV) оксиду є у 3 рази більше, ніж пропану, тому y(СО2)=y(С3Н8)3=3 моль • 3 = 9 моль.

Обчислимо об'єм карбон (IV) оксиду кількістю речовини 9 моль. 

З формули y=V/Vм, де Vм - постійна стала і дорівнє. 22,4 л/моль за н.у., знаходимо V=yVм.

V(СО2)=9 моль 22,4 л/моль=201,6 л.

Запишемо рівняння горіння етину.

2Н2+5О→ 4СО2 + 2Н2О       

За рівнянням реакції етину витрачається у 2 рази менше, ніж утворюється карбон (IV) оксиду (V(C2H2):V(CO2)=2:4=1:2), тому V(C2H2)=V(CO2):2=201,6:2=100,8л.

За рівнянням реакції карбон (IV) оксиду утворюється у 0,8 разів менше, ніж витрачається кисню (V(О2):V(CO2)=5:4=1:0,8), тому V(О2)=V(CO2):0,8=201,6:0,8=252 л.

(або за рівнянням реакції кисню витрачається у 1,25 разів більше, ніх утворюється карбон (IV) оксиду  (V(О2):V(CO2)=5:4=1,25:1), тому V(О2)=V(CO2)• 1,25=201,61,25=252 л)

Відповідь: V(СО2)=201,6 л, V2Н2)=100,8 л, V2)=252 л.

Задача 6. Суміш пропану і етину об'ємом 16,8 л пропустили через хлор. Утворився 1,1,2,2-тетрахлороетан масою 25,2 г. Обчисліть об'єми газів (н.у.), що вступили в реакцію, та об'ємні частки газів у вихідній суміші.

Дано: V(C2H2;C3H8)=16,8 л , m(C2H2Cl4)=25,2 г.    Знайти: φ(С2Н2)-?  φ(С3Н8)-?

Розв'язування:

І спосіб.

Із суміші газів з хлором із утворенням 1,1,2,2-тетрахлороетану реагує етин.

Записуємо рівняння реакції:

   х л                      25,2 г                      

   C2H2  +   2Cl2       C2H2Cl4

  22,4 л                    168 г 

Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі.

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 1 моль етину С2Н2 (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4л) з утворенням 1 моль 1,1,2,2-тетрахлороетану

Обчислюємо молярну масу (г/моль = Mr) 1,1,2,2-тетрахлороетану й, відповідно, масу 1 моль.

Mr(С2Н2Cl4)=2Ar(C)+2Ar(H)+4Ar(Cl)=212+21+435,5=168,

M(C2H2Cl4)=168 г/моль. Маса 1 моль=168 г.

Записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.

Складаємо пропорцію для обчислення об'єму етину С2Н2.

х л /22,4 л =25,2 г /168 г, звідси х=(25,2 г•22,4 л)/168 г=3,36 л.

Обчислюємо об'єм пропану.

V(С3Н8)=V(суміші)-V(С2Н2)=16,8 л-3,36 л = 13,44 л.

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

φ(С2Н2)=V(С2Н2)/V(суміші)=3,36/16,8=0,2 або , помноживши на 100%, одержимо 20%.

φ(С3Н8)=V(С3Н8)/V(суміші)=13,44/16,8=0,8 або , помноживши на 100%, одержимо 80%

ІІ спосіб.

Із суміші газів з хлором із утворенням 1,1,2,2-тетрахлороетану реагує етин.

Запишемо рівняння реакції: C2H2+Cl2C2H2Cl4

Обчислимо кількість речовини 1,1,2,2-тетрахлороетану масою 25,2 г за формулою y=m/M, де М г/моль =Mr.

Mr(С2Н2Cl4)=2Ar(C)+2Ar(H)+4Ar(Cl)=212+21+435,5=168, M(C2H2Cl4)=168 г/моль.

y(С2Н2Cl4)=25,2 г: 168г/моль = 0,15 моль.

Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. 

Прореагувало 1 моль етину С2Н2  з утворенням 1 моль 1,1,2,2-тетрахлороетану, кількість речовини є однакова, тому  y(C2Н2)=y(С2Н2Cl4)=0,15 моль.

Обчислимо об'єм етину кількістю речовини 0,15 моль. З формули  y=V/Vм, де Vм- постійна величина і дорівнює 22,4 л/моль за н.у., знаходимо V=yVм. 

V(C2Н2)=0,15 моль • 22,4 л/моль = 3,36 л.

Обчислюємо об'єм пропану.

V(С3Н8)=V(суміші)-V(С2Н2)=16,8 л-3,36 л = 13,44 л.

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

φ(С2Н2)=V(С2Н2)/V(суміші)=3,36/16,8=0,2 або , помноживши на 100%, одержимо 20%.

φ(С3Н8)=V(С3Н8)/V(суміші)=13,44/16,8=0,8 або , помноживши на 100%, одержимо 80%

Відповідь:  φ2Н2)=20%; φ3Н8)=80%.

...