Загрузка...

Домашнє завдання. Відношення об'ємів газів у хімічних реакціях. 

ЗАКОН ОБ'ЄМНИХ ВІДНОШЕНЬ - ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА. Об'єми газів, що вступають у реакцію, відносяться один до одного та до газоподібних продуктів реакції як невеликі цілі числа. 

І рівень

Задача 1. Дано природний газ об'ємом 1 м3 (1 м3=1000л). Об'ємні частки складових подано в таблиці. Обчисліть усі інші величини і впишіть у таблицю.

Назви газів

Об'ємна

частка

Формула

Молярна

маса

Кількість

речовини

Маса

Відносна 

густина

за воднем

Метан 90% або 0,9 CH4 16  40,18 моль 642,88   8
Етан 5% або 0,05 C2H6 30  2,23 моль  66,9  15
Пропан 1% або 0,01 C3H8 44  0,45 моль  19,8  22

Карбон (IV)

оксид

2% або 0,02 CO2 44  0,89 моль  39,16  22
Азот 2% або 0,02 N2 28  0,89 моль  24,92  14

Обчислимо молярні маси.

Mr(CH4)=Ar(C)+4Ar(H)=12+41=16

Mr(C2H6)=2Ar(C)+6Ar(H)=212+61=30

Mr(C3H8)=3Ar(C)+8Ar(H)=312+81=44

Mr(CO2)=Ar(C)+2Ar(O)=12+216=44

Mr(N2)=2Ar(N)=214=28 

Щоб обчислити кількість речовини треба спершу знайти об'єми сполук 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) = 0,91000л=900 л.

V(C2H6= 0,051000л=50 л.

V(C3H8= 0,011000л=10 л.
V(CО2= 0,021000л=20 л.
V(N2= 0,021000л=20 л.
Обчислимо кількість речовини за формулою y=V/
, де - Vм постійна величина дорівнює 22,4 л/моль за н.у.

y(CH4= 900 л : 22,4 л/моль = 40,18 моль.

y(C2H6= 50 л : 22,4 л/моль = 2,23 моль.

y(C3H8= 10 л : 22,4 л/моль = 0,45 моль.

y(CО2=20 л : 22,4 л/моль = 0,89 моль.

y(N2= 20 л : 22,4 л/моль = 0,89 моль.

Обчислимо масу речовини. З формули y=m/M, де M г/моль = Mr, знаходимо m=yM.

m(CH4= 40,18 моль 16 г/моль = 642,88 г.

m(C2H6= 2,23 моль • 30 г/моль = 66,9.

m(C3H8= 0,45 моль • 44 г/моль = 19,8.

m(CО2= 0,89 моль • 44 г/моль = 39,16.

m(N2= 0,89 моль • 28 г/моль = 24,92.

Обчислимо густину речовин за воднем за формулою DH2(речовини)=Мr(речовини)/Mr(H2). 

DH2(СН4)=Мr(СН4)/Mr(H2)=16/2=8.

DH22Н6)=Мr(С2Н6)/Mr(H2)=30/2=15.

DH23Н8)=Мr(С3Н8)/Mr(H2)=44/2=22.

DH2(СО2)=Мr(СО2)/Mr(H2)=44/2=22.

DH2(N2)=Мr(N2)/Mr(H2)=28/2=14.

II рівень

Задача 2. Обчисліть, який об'єм кисню (н. у.) потрібно взяти, щоб спалити метан, що міститься в природному газі об'ємом 1 м3 на основі даних таблиці про склад природного газу.

Дано: V(cуміші)=1 м= 1000 лφ(СН4)=0,9 або 90%;

Знайти:  V2)-?

Розв'язування:

Знайдемо об'єм метану 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)= 0,91000л=900 л.

Обчислимо об'єм кисню, який потрібен для спалювання метану об'ємом 900 л у суміші природного газу.

І спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану.

900 л       х л

СН4    +  2О2  СО2 + 2Н2О   

1 об'єм    2 об'єми

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

900 л / 1 = х л / 2,   х = 900 л 2/1=1800 л.

Відповідь. V(О2)=1800 л.

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану.

СН4 + 2О2  СО2 + 2Н2О   

За рівнянням реакції під час згоряння метану кисню витрачається у 2  рази більше (V(СН4):V(О2)=1:2),

тому V(О2)=V(CH4)2=900 л 2=1800 л.

Відповідь. V(О2)=1800 л.

III рівень

Задача 3. Обчисліть, який об'єм кисню (н. у.) потрібно взяти, щоб спалити метан і етан, що міститься в природному газі об'ємом 1 м3 на основі даних таблиці про склад природного газу.

Дано: V(суміш)=1 м3= 1000 лφ(СН4)=0,9 або 90%φ(С2Н6)=0,05 або 5%, 

Знайти:  V2)-?

Розв'язування:

Знайдемо об'єми метану і етану 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) = 0,91000л=900 л.

V(C2H6)=φ(C2H6)V(суміші)= 0,051000л=50 л.

Обчислимо об'єм кисню, який потрібен для спалювання цих об'ємів метану і етану у суміші природного газу.

І спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану.

900 л      х л

СН4   +  2О2     СО2 + 2Н2О  

1 об'єм    2 об'єми

50 л          у л    

2Н6 +   7О2     4СО2 + 6Н2О  

2 об'єми   7 об'ємів 

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

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який потрібен для спалювання метану об'ємом 900 л у суміші природного газу.

900 л / 1 = х л / 2,   х = 900 л 2/1=1800 л.

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який потрібен для спалювання етану об'ємом 50 л у суміші природного газу.

50 л / 2 = у л / 7,    у = 50 л 7/2=175 л.  

Отримали, що при згорянні метану і етану у суміші природного газу витратиться кисню:

V(О2)= х + у = 1800 л + 175 л = 1975 л

Відповідь. V(О2)=1975 л.

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану і етану.

СН4 + 2О2  СО2 + 2Н2О         

2Н6 + 7О2  4СО2 + 6Н2О   

За рівнянням реакції  під час згоряння метану кисню витрачається у 2 рази більше (V(СН4):V12)=1:2),

тому V12)=V(CH4)2=900 л 2=1800 л.

За рівнянням реакції під час згоряння етану кисню витрачається у 3,5  рази більше (V(С2Н6):V22)=2:7=1:3,5),

тому V22)=V(C2H6)3,5=50 л 3,5 =175 л.

Отримали, що при згорянні метану і етану у суміші природного газу витратиться кисню:

V(О2)=V12)+V22)=1800 л + 175 л = 1975 л.

Відповідь. V(О2)=1975 л.

IV рівень

Задача 4. Обчисліть, який об'єм кисню і повітря (н. у.) потрібно взяти, щоб спалити природний газ об'ємом 1 м3 на основі даних таблиці про склад природного газу.

Дано: V(суміші)=1 м3= 1000 лφ(СН4)=0,9 або 90%;

φ(С2Н6)=0,05 або 5%φ(С3Н8)=0,01 або 1%.

Знайти:  V2)-? , 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) = 0,91000 л=900 л.

V(C2H6)=φ(С2Н6)V(суміші)= 0,051000 л=50 л.

V(C3H8)=φ(С3Н8)V(суміші)=0,011000 л=10 л.

Обчислимо об'єм кисню, який потрібен для спалювання цих об'ємів метану,  етану і пропану у суміші природного газу.

І спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану, етану і пропану.

900 л      х л

СН4   +  2О2  СО2 + 2Н2О

1 об'єм    2 об'єми  

50 л         у л     

2Н6 +   7О2  4СО2 + 6Н2О   

2 об'єми     7 об'ємів 

10 л          z л

3Н8 +   10О2  6СО2 + 8Н2О

2 об'єми     10 об'ємів 

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

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який потрібен для спалювання метану об'ємом 900 л у суміші природного газу.

900 л / 1 = х л / 2,   х = 900 л 2/1=1800 л.

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який потрібен для спалювання етану об'ємом 50 л у суміші природного газу.

50 л / 2 = у л / 7,    у = 50 л 7/2=175 л.  

Пропорція для обчислення об'єму кисню, який потрібен для спалювання пропану об'ємом 10 л у суміші природного газу.

10 л / 2 = z л / 10,    z = 10 л 10/2=50 л. 

Отримали, що при згорянні метану, етану і пропану у суміші природного газу витратиться кисню:

V(О2)= х + у + z = 1800 л + 175 л + 50 л = 2025 л

Перераховуємо об'єм кисню на об'єм повітря (кисню в повітрі 21%).

Отже, 2025 л О2  - 21%

        х л повітря   - 100% 

х = (2025 л • 100%): 21% = 9643 л.

Відповідь. V(О2)=2025 л,V(повітря)=9643 л.

ІІ спосіб.

Запишемо рівняння реакції горіння метану, етану і пропану.

СН4 + 2О2  СО2 + 2Н2О         

2Н6 + 7О2  4СО2 + 6Н2О  

3Н8 + 10О2  6СО2 + 8Н2О  

За рівнянням реакції  під час згоряння метану кисню витрачається у 2 рази більше (V(СН4):V12)=1:2),

тому V12)=V(CH4)2=900 л 2=1800 л.

За рівнянням реакції під час згоряння етану кисню витрачається у 3,5 рази більше (V(С2Н6):V22)=2:7=1:3,5),

тому V22)=V(C2H6)3,5=50 л 3,5 =175 л.

За рівнянням реакції під час згоряння пропану кисню витрачається у 5 рази більше (V(С3Н8):V32)=2:10=1:5),

тому V32)=V(C3H8)5=10 л =50 л.

Отримали, що при згорянні метану, етану і пропану у суміші природного газу витратиться кисню:

V(О2)=V12)+V22)+V32)=1800 л + 175 л + 50 л = 2025 л.

Перераховуємо об'єм кисню на об'єм повітря (кисню в повітрі 21%).

Отже, 2025 л О2  - 21%

        х л повітря   - 100%

х = (2025 л • 100%): 21% = 9643 л.

Відповідь. V(О2)=2025 л, V(повітря)=9643 л.

Загрузка...