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)+4•Ar(H)=12+4•1=16
Mr(C2H6)=2•Ar(C)+6•Ar(H)=2•12+6•1=30
Mr(C3H8)=3•Ar(C)+8•Ar(H)=3•12+8•1=44
Mr(CO2)=Ar(C)+2•Ar(O)=12+2•16=44
Mr(N2)=2•Ar(N)=2•14=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) = 0,9•1000л=900 л.
V(C2H6) = 0,05•1000л=50 л.
V(C3H8) = 0,01•1000л=10 л.
V(CО2) = 0,02•1000л=20 л.
V(N2) = 0,02•1000л=20 л.
Обчислимо кількість речовини за формулою y=V/Vм, 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=y•M.
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.
DH2(С2Н6)=Мr(С2Н6)/Mr(H2)=30/2=15.
DH2(С3Н8)=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 м3 = 1000 л; φ(СН4)=0,9 або 90%;
Знайти: V(О2)-?
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)= 0,9•1000л=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 л; φ(СН4)=0,9 або 90%; φ(С2Н6)=0,05 або 5%,
Знайти: V(О2)-?
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) = 0,9•1000л=900 л.
V(C2H6)=φ(C2H6)•V(суміші)= 0,05•1000л=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
2С2Н6 + 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
2С2Н6 + 7О2 → 4СО2 + 6Н2О
За рівнянням реакції під час згоряння метану кисню витрачається у 2 рази більше (V(СН4):V1(О2)=1:2),
тому V1(О2)=V(CH4)•2=900 л •2=1800 л.
За рівнянням реакції під час згоряння етану кисню витрачається у 3,5 рази більше (V(С2Н6):V2(О2)=2:7=1:3,5),
тому V2(О2)=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)=V1(О2)+V2(О2)=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 л; φ(СН4)=0,9 або 90%;
φ(С2Н6)=0,05 або 5%; φ(С3Н8)=0,01 або 1%.
Знайти: V(О2)-? , 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) = 0,9•1000 л=900 л.
V(C2H6)=φ(С2Н6)•V(суміші)= 0,05•1000 л=50 л.
V(C3H8)=φ(С3Н8)•V(суміші)=0,01•1000 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
2С2Н6 + 7О2 → 4СО2 + 6Н2О
2 об'єми 7 об'ємів
10 л z л
2С3Н8 + 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
2С2Н6 + 7О2 → 4СО2 + 6Н2О
2С3Н8 + 10О2 → 6СО2 + 8Н2О
За рівнянням реакції під час згоряння метану кисню витрачається у 2 рази більше (V(СН4):V1(О2)=1:2),
тому V1(О2)=V(CH4)•2=900 л •2=1800 л.
За рівнянням реакції під час згоряння етану кисню витрачається у 3,5 рази більше (V(С2Н6):V2(О2)=2:7=1:3,5),
тому V2(О2)=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):V3(О2)=2:10=1:5),
тому V3(О2)=V(C3H8)•5=10 л •5 =50 л.
Отримали, що при згорянні метану, етану і пропану у суміші природного газу витратиться кисню:
V(О2)=V1(О2)+V2(О2)+V3(О2)=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.