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 (ІV) оксиду (н.у.).
Дано: V(C2H2)=40 л
Знайти: V(СО2)-?
Розв'язування
І спосіб
Запишемо рівняння реакції:
40 л х л
2С2Н2 + 5О2 → 4СО2 + 2Н2О
2 об'єми 4 об'єми
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі. Відповідні об'єми, використовуючи закон об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА), записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм карбон (IV) оксиду:
40 л / 2 = х л / 4, тому х л • 2 = 40 л • 4, звідси
х = 40 л • 4 : 2 = 80 л
ІІ спосіб
Запишемо рівняння реакції.
2С2Н2 + 5О2 → 4СО2 + 2Н2О
За рівнянням реакції V(C2H2):V(CO2)=2:4=1:2, тому
V(СО2)=2•V(C2H2)=2 • 40 л = 80 л
Відповідь: 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: V(С2H2)-?
Розв'язування
І спосіб
Запишемо рівняння реакції:
х л 140 л
С2Н2 + 2Cl2 → С2H2Cl4
1 об'єм 2 об'єми
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі. Відповідні об'єми, використовуючи закон об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА), записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм етину:
х л / 1 = 140 л / 2, тому х л • 2 = 140 л • 1, звідси
х = 140 л • 1 : 2 = 70 л
ІІ спосіб
Запишемо рівняння реакції:
С2Н2 + 2Cl2 → С2H2Cl4
За рівнянням реакції V(C2H2):V(Cl2)=1:2, тому
V(C2H2)=V(Cl2):2=140 л : 2=70 л
Відповідь: 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: V(С2H6)-?, 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
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі. Відповідні об'єми, використовуючи закон об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА), записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм етану:
х л / 1 = 44,8 л / 2, тому х л • 2 = 44,8 л • 1, звідси
х = 44,8 л • 1 : 2 = 22,4 л
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм хлору:
у л / 2 = 44,8 л / 2, тому у л • 2 = 44,8 л • 2, звідси
у = 44,8 л • 2 : 2 = 44,8 л
ІІ спосіб
Запишемо рівняння реакції:
С2Н6+2Cl2→С2H4Cl2 + 2HCl
За рівнянням реакції V(C2H6:V(НCl)=1:2, тому
V(C2H6)=V(НCl):2=44,8 л : 2=22,4 л
За рівнянням реакції V(Cl2):V(НCl)=2:2=1:1, тому
V(Cl2)=V(НCl)=44,8 л
Відповідь: 22,4 л С2H6 і 44,8 л Сl2.
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
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі. Відповідні об'єми, використовуючи закон об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА), записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм водню:
115 л / 1 = х л / 3, тому х л • 1 = 115 л • 3, звідси
х = 115 л • 3 : 1 = 345 л
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм етану:
115 л / 1 = у л / 1, тому у л • 1 = 115 л • 1, звідси
у = 115 л • 1 : 1 = 115 л
ІІ спосіб
Запишемо рівняння реакції:
С2Н2+3Н2→С2H6
За рівнянням реакції V(C2H2):V(H2)=1:3, тому
V(H2)=3•V(C2H2)=3•115 л=345 л
За рівнянням реакції V(C2H2):V(C2H6)=1:1, тому
V(C2H6)=V(C2H2)=115 л
Відповідь: 345 л Н2, 115 л C2Н6.
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)-?, V(С2Н2)-?, V(О2)-?
Розв'язування
І спосіб
Запишемо рівняння горіння пропану:
3 моль х л
2С3Н8 + 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 у 6 разів більший об'єм, тобто 134,4 л)
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою проопорції обчислюємо об'єм карбон (IV) оксиду.
3 моль / 2 моль = х л / 134,4 л, тому х л • 2 моль = 134,4 л • 3 моль, звідси
х = 134,4 л • 3 : 2 = 201,6 л
Запишемо рівняння горіння етину:
х л у л 201,6 л
2С2Н2 + 5О2 → 4СО2 + 2Н2О
2 об'єми 5 об"ємів 4 об"єми
Над формулами речовин записуємо дані, що є за умовою задачі. Відповідні об'єми, використовуючи закон об'ємних відношень газів (ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА), записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм етину:
х л / 2 = 201,6 л / 4, тому х л • 4 = 201,6 л • 2, звідси
х = 201,6 л • 2 : 4 = 100,8 л
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм кисню:
у л / 5 = 201,6 л / 4, тому у л • 4 = 201,6 л • 5, звідси
у = 201,6 л • 5 : 4 = 252 л
ІІ спосіб
Запишемо рівняння горіння пропану:
2С3Н8+10О2→6СО2+8Н2О
Мольні співвідношення речовин показують коефіцієнти рівняння. Прореагувало 2 моль пропану С3Н8 з утворенням 6 моль карбон (IV) оксиду, кількість речовини карбон (IV) оксиду у 3 рази більша, ніж пропану, тому
y(СО2)=3•y(С3Н8)=3•3 моль=9 моль
Об'єм карбон (IV) оксиду кількістю речовини 9 моль обчислюємо за формулою V=y•Vм, де Vм - постійна стала і за н.у. чисельно дорівнє. 22,4 л/моль.
V(СО2)=y(СО2)•VM=9 моль •22,4 л/моль=201,6 л
Запишемо рівняння горіння етину:
2С2Н2+5О2 → 4СО2 + 2Н2О
За рівнянням реакції V(C2H2):V(CO2)=2:4=1:2, тому
V(C2H2)=V(CO2):2=201,6 л : 2=100,8 л.
За рівнянням реакції V(О2):V(CO2)=5:4, звідси 4•V(O2)=5•V(CO2), тому
V(О2)=5•V(CO2):4=5 • 201,6 л : 4=252 л
Відповідь: V(СО2)=201,6 л, V(С2Н2)=100,8 л, V(О2)=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 22,4 л) з утворенням 1 моль 1,1,2,2-тетрахлороетану. Обчислюємо молярну масу (Mr г/моль=M) 1,1,2,2-тетрахлороетану й, відповідно, масу 1 моль.
Mr(С2Н2Cl4)=2•Ar(C)+2•Ar(H)+4•Ar(Cl)=2•12+2•1+4•35,5=168,
M(C2H2Cl4)=168 г/моль. Маса 1 моль=168 г.
Відповідні значення записуємо під формулами речовин у рівнянні реакції.
За допомогою пропорції обчислюємо об'єм етину С2Н2.
х л / 22,4 л = 25,2 г / 168 г, тому х л • 168 г = 25,2 г • 22,4 л, звідси
х = 25,2 г • 22,4 л : 168 г =3,36 л
Обраховуємо 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 це число на на 100%, одержимо 20%.
φ(С3Н8)=V(С3Н8)/V(суміші)=13,44 :16,8=0,8, або 80%
ІІ спосіб
Із суміші газів з хлором із утворенням 1,1,2,2-тетрахлороетану реагує етин.
Запишемо рівняння реакції: C2H2+Cl2→C2H2Cl4
Обчислимо кількість речовини 1,1,2,2-тетрахлороетану масою 25,2 г за формулою y=m/M, де Мr г/моль=M.
Mr(С2Н2Cl4)=2•Ar(C)+2•Ar(H)+4•Ar(Cl)=2•12+2•1+4•35,5=168,
M(C2H2Cl4)=168 г/моль
y(С2Н2Cl4)=m(C2H2Cl4):M(C2H2Cl4)=25,2 г: 168 г/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
Об'єм етину кількістю речовини 0,15 моль обчислюємо за формулою V=y•Vм, де Vм- постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль.
V(C2Н2)=y(C2H2)•VM=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 20%.
φ(С3Н8)=V(С3Н8)/V(суміші)=13,44/16,8=0,8, або 80%.
Відповідь: φ(С2Н2)=20%; φ(С3Н8)=80%.