Страница 87 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

10. Какой объём ацетилена (н. у.) можно получить при взаимодействии 51,2 кг карбида кальция с водой, если массовая доля выхода ацетилена составляет 0,84 от теоретического выхода продукта?

Дано:

Масса карбида кальция $m(CaC_2) = 51.2 \text{ кг}$

Массовая доля выхода ацетилена $\eta(C_2H_2) = 0.84$

$m(CaC_2) = 51.2 \text{ кг} = 51.2 \cdot 1000 \text{ г} = 51200 \text{ г}$

Найти:

Объём ацетилена $V(C_2H_2)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции получения ацетилена ($C_2H_2$) при взаимодействии карбида кальция ($CaC_2$) с водой ($H_2O$):

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2\uparrow + Ca(OH)_2$

2. Рассчитаем молярную массу карбида кальция ($M(CaC_2)$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева ($A_r(Ca) \approx 40 \text{ а.е.м.}$, $A_r(C) \approx 12 \text{ а.е.м.}$):

$M(CaC_2) = A_r(Ca) + 2 \cdot A_r(C) = 40 + 2 \cdot 12 = 64 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (число моль) карбида кальция массой 51200 г:

$\nu(CaC_2) = \frac{m(CaC_2)}{M(CaC_2)} = \frac{51200 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 800 \text{ моль}$

4. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, из 1 моль карбида кальция образуется 1 моль ацетилена. Следовательно, теоретически возможное количество вещества ацетилена равно количеству вещества исходного карбида кальция:

$\frac{\nu_{теор}(C_2H_2)}{1} = \frac{\nu(CaC_2)}{1}$

$\nu_{теор}(C_2H_2) = \nu(CaC_2) = 800 \text{ моль}$

5. Рассчитаем теоретический объём ацетилена ($V_{теор}(C_2H_2)$), который может быть получен. При нормальных условиях (н. у.) молярный объём любого идеального газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль:

$V_{теор}(C_2H_2) = \nu_{теор}(C_2H_2) \cdot V_m = 800 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 17920 \text{ л}$

6. В условии задачи указано, что выход продукта составляет 0,84 (или 84%) от теоретически возможного. Вычислим практический объём ацетилена ($V_{практ}(C_2H_2)$):

$V_{практ}(C_2H_2) = V_{теор}(C_2H_2) \cdot \eta(C_2H_2) = 17920 \text{ л} \cdot 0.84 = 15052.8 \text{ л}$

Полученный объём можно также выразить в кубических метрах, зная, что $1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$:

$V_{практ}(C_2H_2) = 15052.8 \text{ л} = 15.0528 \text{ м}^3$

Ответ: можно получить 15052,8 л (15,0528 м³) ацетилена.

11. Какой объём воздуха (н. у.) потребуется, чтобы сжечь 1 л бензола, плотность которого $0,88 \text{ г/см}^3$?

Дано:

Объем бензола ($V_{C_6H_6}$) = 1 л

Плотность бензола ($\rho_{C_6H_6}$) = 0,88 г/см³

Условия: нормальные (н. у.)

Объемная доля кислорода в воздухе ($\phi(O_2)$) = 21 %

Перевод в СИ:

$V_{C_6H_6} = 1 \text{ л} = 1 \text{ дм}^3 = 1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

$\rho_{C_6H_6} = 0,88 \text{ г/см}^3 = 0,88 \frac{10^{-3} \text{ кг}}{(10^{-2} \text{ м})^3} = 880 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Объем воздуха ($V_{возд.}$) - ?

Решение:

1. Для решения задачи необходимо составить уравнение реакции полного сгорания бензола ($C_6H_6$) в кислороде воздуха. Продуктами сгорания являются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

$2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O$

2. Найдем массу 1 л бензола. Для удобства расчетов переведем объем бензола в кубические сантиметры, зная, что 1 л = 1000 мл = 1000 см³.

$V_{C_6H_6} = 1000 \text{ см}^3$

Масса бензола вычисляется по формуле $m = \rho \cdot V$:

$m(C_6H_6) = 0,88 \text{ г/см}^3 \cdot 1000 \text{ см}^3 = 880 \text{ г}$

3. Вычислим молярную массу бензола ($M(C_6H_6)$) и определим его количество вещества ($n$).

$M(C_6H_6) = 6 \cdot A_r(C) + 6 \cdot A_r(H) = 6 \cdot 12,01 + 6 \cdot 1,008 \approx 78 \text{ г/моль}$

Количество вещества бензола находим по формуле $n = m/M$:

$n(C_6H_6) = \frac{880 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} \approx 11,282 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, найдем количество вещества кислорода ($n(O_2)$), необходимое для полного сжигания бензола. Из уравнения следует, что на 2 моль бензола расходуется 15 моль кислорода.

$\frac{n(O_2)}{n(C_6H_6)} = \frac{15}{2}$

$n(O_2) = \frac{15}{2} \cdot n(C_6H_6) = 7,5 \cdot 11,282 \text{ моль} \approx 84,615 \text{ моль}$

5. Теперь найдем объем кислорода, который соответствует этому количеству вещества при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$V(O_2) = n(O_2) \cdot V_m = 84,615 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 1895,38 \text{ л}$

6. В заключение, рассчитаем объем воздуха, зная, что объемная доля кислорода в нем составляет примерно 21% (или 0,21).

$V_{возд.} = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)} = \frac{1895,38 \text{ л}}{0,21} \approx 9025,6 \text{ л}$

Полученный объем можно выразить в кубических метрах: $9025,6 \text{ л} = 9,0256 \text{ м}^3$.

Ответ: для сжигания 1 л бензола потребуется примерно 9026 л (или ~9,03 м³) воздуха при нормальных условиях.

1. Физический способ переработки нефти — это

1) крекинг

2) перегонка

3) коксование

4) пиролиз

1. Для ответа на этот вопрос необходимо различать физические и химические процессы переработки нефти.

Физические процессы основаны на физических свойствах компонентов смеси (в данном случае нефти) и не приводят к изменению их химического состава. Происходит только разделение смеси на составляющие ее части (фракции).

Химические процессы приводят к изменению химической структуры молекул, входящих в состав нефти. В результате образуются новые вещества с другими свойствами.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

• 1) крекинг — это процесс расщепления крупных молекул углеводородов на более мелкие под действием высокой температуры (термический крекинг) или катализаторов (каталитический крекинг). Поскольку происходит разрыв химических связей и образование новых молекул, это химический процесс.
• 2) перегонка (также известная как ректификация) — это процесс разделения нефти на фракции (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут и др.) на основе различий в их температурах кипения. Этот процесс не изменяет химическую структуру углеводородов, а только разделяет их. Следовательно, это физический способ переработки.
• 3) коксование — это одна из разновидностей глубокого термического крекинга тяжелых нефтяных остатков, в результате которого образуются газообразные продукты, жидкие дистилляты и твердый остаток — нефтяной кокс. Это химический процесс.
• 4) пиролиз — это процесс термического разложения органических веществ (в том числе углеводородов) при высоких температурах без доступа воздуха. Это химический процесс, ведущий к глубоким изменениям в структуре молекул.

Таким образом, из перечисленных методов только перегонка является физическим способом переработки нефти.

Ответ: 2

2. Установите соответствие между названием нефтепродукта и его составом.

1) Бензин

2) Лигроин

3) Керосин

4) Газойль

А. $C_{12}-C_{18}$

Б. $C_5-C_{11}$

В. тяжёлые углеводороды

Г. $C_8-C_{14}$

Решение

Для установления соответствия необходимо соотнести названия фракций, получаемых при перегонке нефти, с их углеводородным составом. Фракции разделяются по температурам кипения, которые напрямую зависят от длины углеродной цепи в молекулах углеводородов. Чем длиннее цепь (больше атомов углерода), тем выше температура кипения.

1) Бензин

Бензин — одна из самых лёгких и низкокипящих жидких фракций нефти. Он состоит из углеводородов с относительно короткими углеродными цепями. Из предложенных вариантов, диапазон $C_5–C_{11}$ является наиболее подходящим для состава бензиновой фракции.

Ответ: 1–Б

2) Лигроин

Лигроин (или нафта) — это фракция, которая тяжелее бензина, но легче керосина. Соответственно, углеводороды в его составе имеют более длинные цепи, чем в бензине. Диапазон $C_8–C_{14}$ следует за бензиновым и является корректным для лигроина.

Ответ: 2–Г

3) Керосин

Керосин — следующая по тяжести фракция после лигроина, с более высокой температурой кипения. Его состав представлен углеводородами с ещё большим числом атомов углерода. Диапазон $C_{12}–C_{18}$ точно описывает состав керосиновой фракции.

Ответ: 3–А

4) Газойль

Газойль (дизельная фракция) — это более тяжёлый нефтепродукт, чем керосин. Он состоит из углеводородов с числом атомов углерода обычно выше 15. Среди предложенных вариантов, наиболее подходящим является качественное описание «тяжёлые углеводороды», так как газойль относится к тяжёлым фракциям перегонки нефти по сравнению с бензином, лигроином и керосином.

Ответ: 4–В

3. Установите соответствие между названием нефтепродукта и областью его применения.

1) Бензин

2) Лигроин

3) Керосин

4) Газойль

А. топливо для реактивных самолётов

Б. топливо для автомобилей

В. топливо для тракторов, растворитель в лакокрасочной промышленности

Г. дизельное топливо

1) Бензин
Бензин — это наиболее известная лёгкая фракция перегонки нефти. Он является основным видом топлива для поршневых двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, которые устанавливаются в подавляющем большинстве современных автомобилей.
Ответ: Б. топливо для автомобилей.

2) Лигроин
Лигроин (или нафта) — это фракция, более тяжёлая, чем бензин, но более лёгкая, чем керосин. Он используется как сырьё для нефтехимии, компонент моторного топлива, а также как топливо для некоторых видов тракторов. Благодаря своим хорошим растворяющим свойствам, лигроин также применяется в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности.
Ответ: В. топливо для тракторов, растворитель в лакокрасочной промышленности.

3) Керосин
Керосиновая фракция нефти является основой для производства авиационного топлива, используемого в газотурбинных (реактивных и турбовинтовых) двигателях самолётов и вертолётов. Также он используется в бытовых осветительных и нагревательных приборах и как топливо для ракет.
Ответ: А. топливо для реактивных самолётов.

4) Газойль
Газойль — это фракция нефти, получаемая при её перегонке, которая служит основным компонентом для производства дизельного топлива. Дизельное топливо применяется в дизельных двигателях, которыми оснащаются грузовые автомобили, автобусы, железнодорожный транспорт, суда и сельскохозяйственная техника.
Ответ: Г. дизельное топливо.