Номер 8, страница 41 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Напишите реакцию полного сгорания пропана. Какое объемное соотношение пропана и воздуха может быть взрывоопасным?

8. Дано:

Реагенты: пропан ($C_3H_8$) и воздух.

Процесс: полное сгорание.

Объемная доля кислорода в воздухе: $\phi(O_2) \approx 21\% = 0.21$.

Найти:

1. Уравнение реакции полного сгорания пропана.

2. Взрывоопасное объемное соотношение пропана и воздуха.

Решение:

1. Напишем уравнение реакции полного сгорания пропана. Пропан ($C_3H_8$) — это алкан, при полном сгорании которого в кислороде ($O_2$) образуются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Сначала запишем схему реакции:

$C_3H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

Теперь уравняем количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения:

а) Углерод (C): слева 3 атома, значит, справа перед $CO_2$ ставим коэффициент 3.

$C_3H_8 + O_2 \rightarrow 3CO_2 + H_2O$

б) Водород (H): слева 8 атомов, значит, справа перед $H_2O$ ставим коэффициент 4 (так как $4 \times 2 = 8$).

$C_3H_8 + O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

в) Кислород (O): справа теперь $3 \times 2 + 4 \times 1 = 10$ атомов. Чтобы получить 10 атомов кислорода слева, перед $O_2$ ставим коэффициент 5.

Итоговое сбалансированное уравнение:

$C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

2. Определим объемное соотношение пропана и воздуха. Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях объемы реагирующих газов относятся как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Из уравнения реакции следует, что на сгорание 1 объема пропана требуется 5 объемов кислорода:

$V(C_3H_8) : V(O_2) = 1 : 5$

Воздух содержит примерно 21% кислорода по объему. Следовательно, для получения 5 объемов кислорода потребуется объем воздуха, равный:

$V(\text{воздуха}) = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)} = \frac{5}{0.21} \approx 23.8$ объемов.

Таким образом, стехиометрическое (идеальное для полного сгорания) соотношение объемов пропана и воздуха составляет примерно $1 : 23.8$.

Такая смесь, называемая стехиометрической, является наиболее взрывоопасной. Однако взрыв возможен в определенном диапазоне концентраций, который называется концентрационными пределами воспламенения (взрываемости). Для пропано-воздушной смеси эти пределы составляют:

• Нижний концентрационный предел воспламенения (НКПВ): около 2.1% пропана в воздухе.
• Верхний концентрационный предел воспламенения (ВКПВ): около 9.5% пропана в воздухе.

Это означает, что любая смесь пропана с воздухом, содержащая от 2.1% до 9.5% пропана по объему, является взрывоопасной.

Ответ:

Уравнение реакции полного сгорания пропана: $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$.

Взрывоопасной является смесь пропана с воздухом, в которой объемная доля пропана составляет от 2.1% до 9.5%. Стехиометрическое соотношение объемов пропан:воздух, при котором взрыв наиболее сильный, составляет примерно $1:24$.