Номер 4, страница 148 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 31. Общая характеристика элементов главной подгруппы II группы. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 4, страница 148.

Условие.

4. При сгорании на воздухе все металлы II группы образуют оксиды состава $MO$. Если оксид бария прокаливать на воздухе при $550 \text{ °C}$, он присоединяет кислород, превращаясь в пероксид $BaO_2$, а при температуре выше $700 \text{ °C}$ реакция протекает в обратном направлении. Раньше это свойство использовали для выделения кислорода из воздуха. Какой объём кислорода (н. у.) можно получить, имея в распоряжении $382,5 \text{ г}$ оксида бария и осуществляя цикл превращений $BaO \rightarrow BaO_2 \rightarrow BaO$ десять раз?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(BaO) = 382,5 \text{ г}$
$N_{циклов} = 10$

Перевод в СИ:
$m(BaO) = 0,3825 \text{ кг}$

Найти:

$V_{общ}(O_2) - ?$

Решение:

Процесс получения кислорода из воздуха, описанный в задаче, состоит из двух стадий:

1. Поглощение кислорода из воздуха оксидом бария при 550 °C с образованием пероксида бария:
$2BaO + O_2 \xrightarrow{550 ^\circ C} 2BaO_2$

2. Разложение пероксида бария при температуре выше 700 °C с выделением чистого кислорода и регенерацией оксида бария:
$2BaO_2 \xrightarrow{>700 ^\circ C} 2BaO + O_2 \uparrow$

Оксид бария $BaO$ является катализатором в этом циклическом процессе, его масса не изменяется. Мы можем рассчитать количество кислорода, которое выделяется за один цикл, исходя из исходного количества оксида бария.

Сначала найдем молярную массу оксида бария $M(BaO)$.
$M(Ba) \approx 137 \text{ г/моль}$
$M(O) \approx 16 \text{ г/моль}$
$M(BaO) = 137 + 16 = 153 \text{ г/моль}$

Теперь рассчитаем количество вещества (число молей) оксида бария $BaO$ в имеющейся массе:
$\nu(BaO) = \frac{m(BaO)}{M(BaO)} = \frac{382,5 \text{ г}}{153 \text{ г/моль}} = 2,5 \text{ моль}$

Из уравнения реакции разложения пероксида ($2BaO_2 \to 2BaO + O_2$) видно, что из 2 моль $BaO$ (которые образуются из 2 моль $BaO_2$) выделяется 1 моль кислорода $O_2$. Следовательно, количество вещества выделяемого кислорода в два раза меньше количества вещества оксида бария, участвующего в цикле.

Найдем количество вещества кислорода, получаемого за один цикл:
$\nu_1(O_2) = \frac{\nu(BaO)}{2} = \frac{2,5 \text{ моль}}{2} = 1,25 \text{ моль}$

Поскольку цикл повторяется десять раз, общее количество вещества кислорода будет в 10 раз больше:
$\nu_{общ}(O_2) = \nu_1(O_2) \cdot N_{циклов} = 1,25 \text{ моль} \cdot 10 = 12,5 \text{ моль}$

Наконец, рассчитаем объём этого количества кислорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объём газа при н. у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.
$V_{общ}(O_2) = \nu_{общ}(O_2) \cdot V_m = 12,5 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 280 \text{ л}$

Ответ: можно получить 280 л кислорода.