Номер 122, страница 42 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.122. Какой объём кислорода (при н. у.) потребуется для полного сжигания изделия из бутадиенового каучука массой 10 г?

Дано:

Масса изделия из бутадиенового каучука $m((C₄H₆)ₙ) = 10 \text{ г}$

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

Объём кислорода $V(O₂) - ?$

Решение:

Бутадиеновый каучук — это полимер, полученный в результате полимеризации бутадиена-1,3. Эмпирическая формула мономерного звена каучука совпадает с формулой мономера — $C₄H₆$. Для стехиометрических расчетов реакции горения будем использовать именно эту формулу.

Запишем уравнение реакции полного сгорания (окисления кислородом) бутадиена. Продуктами полного сгорания органического вещества являются углекислый газ и вода:

$2C₄H₆ + 11O₂ \rightarrow 8CO₂ + 6H₂O$

Сначала вычислим молярную массу мономерного звена $C₄H₆$, используя относительные атомные массы углерода ($A_r(C) \approx 12 \text{ а.е.м.}$) и водорода ($A_r(H) \approx 1 \text{ а.е.м.}$):

$M(C₄H₆) = 4 \cdot A_r(C) + 6 \cdot A_r(H) = 4 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 54 \text{ г/моль}$

Далее найдем количество вещества (число моль) мономерных звеньев $C₄H₆$, содержащихся в 10 г каучука:

$n(C₄H₆) = \frac{m((C₄H₆)ₙ)}{M(C₄H₆)} = \frac{10 \text{ г}}{54 \text{ г/моль}} = \frac{5}{27} \text{ моль}$

Из уравнения реакции видно, что для сжигания 2 моль $C₄H₆$ требуется 11 моль $O₂$. Используя это молярное соотношение, найдем количество вещества кислорода, необходимое для реакции:

$n(O₂) = n(C₄H₆) \cdot \frac{11}{2} = \frac{5}{27} \text{ моль} \cdot 5,5 = \frac{55}{54} \text{ моль} \approx 1,0185 \text{ моль}$

Объём газа при нормальных условиях (н. у.) можно рассчитать, зная его количество вещества и молярный объём газов при н. у., который составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:

$V(O₂) = n(O₂) \cdot V_m = \frac{55}{54} \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 1,0185 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 22,81 \text{ л}$

Округлим результат до трёх значащих цифр.

Ответ: $V(O₂) \approx 22,8 \text{ л}$.