Номер 1, страница 56 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 1. Вспомните закон объемных (кратных) отношений. Рассчитайте без калькулятора, какой объем кислорода потребуется для полного сгорания 5 л бутена: а) 1 л; б) 10 л; в) 20 л; г) 30 л.

1. Дано:

$V(C_4H_8) = 5 \text{ л}$

Перевод в СИ:

$V(C_4H_8) = 5 \text{ л} = 5 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

$V(O_2) - ?$

Решение:

Закон объемных отношений (закон Гей-Люссака) гласит, что объемы вступающих в реакцию газов и объемы образующихся газообразных продуктов относятся между собой как небольшие целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Для решения задачи сначала составим уравнение реакции полного сгорания бутена ($C_4H_8$). При полном сгорании любого углеводорода образуются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Уравнение реакции:

$C_4H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

Теперь уравняем его (расставим коэффициенты):

1. Уравняем атомы углерода (C): слева 4, значит, справа перед $CO_2$ ставим 4.

$C_4H_8 + O_2 \rightarrow 4CO_2 + H_2O$

2. Уравняем атомы водорода (H): слева 8, значит, справа перед $H_2O$ ставим 4 (так как $4 \cdot 2 = 8$).

$C_4H_8 + O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O$

3. Уравняем атомы кислорода (O): справа у нас $4 \cdot 2 + 4 \cdot 1 = 8 + 4 = 12$ атомов. Значит, слева перед $O_2$ ставим коэффициент 6 (так как $6 \cdot 2 = 12$).

Итоговое сбалансированное уравнение:

$C_4H_8 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O$

Согласно закону объемных отношений, объемы бутена и кислорода соотносятся как их коэффициенты в уравнении реакции, то есть 1:6.

$\frac{V(C_4H_8)}{1} = \frac{V(O_2)}{6}$

Отсюда можем найти объем кислорода:

$V(O_2) = 6 \cdot V(C_4H_8)$

Подставляем известное значение объема бутена:

$V(O_2) = 6 \cdot 5 \text{ л} = 30 \text{ л}$

Для полного сгорания 5 л бутена потребуется 30 л кислорода.

Ответ: г) 30 л.

2. Дано:

$V_{исх}(C_2H_4) = 10 \text{ л}$

$V_{исх}(H_2) = 15 \text{ л}$

Условия нормальные (н. у.)

Перевод в СИ:

$V_{исх}(C_2H_4) = 10 \text{ л} = 10 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.01 \text{ м}^3$

$V_{исх}(H_2) = 15 \text{ л} = 15 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.015 \text{ м}^3$

Найти:

Состав и объем полученной газовой смеси.

Решение:

Смесь этилена и водорода пропустили над нагретым никелевым катализатором. Это условия для реакции гидрирования этилена, в результате которой образуется этан ($C_2H_6$).

Составим уравнение реакции:

$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} C_2H_6$

Все вещества в реакции являются газами. Согласно закону объемных отношений, объемы реагентов и продуктов соотносятся как их стехиометрические коэффициенты.

Из уравнения видно, что 1 объем этилена реагирует с 1 объемом водорода, образуя 1 объем этана.

$V(C_2H_4) : V(H_2) : V(C_2H_6) = 1 : 1 : 1$

У нас есть 10 л этилена и 15 л водорода. Чтобы определить, какое вещество в избытке, сравним их объемы. Для реакции с 10 л этилена требуется 10 л водорода. Поскольку у нас есть 15 л водорода, он находится в избытке, а этилен прореагирует полностью (он является лимитирующим реагентом).

Рассчитаем объемы прореагировавших и образовавшихся веществ:

1. Объем прореагировавшего этилена: $V_{прореаг}(C_2H_4) = 10 \text{ л}$ (весь имеющийся).

2. Объем прореагировавшего водорода: $V_{прореаг}(H_2) = V_{прореаг}(C_2H_4) = 10 \text{ л}$.

3. Объем образовавшегося этана: $V_{обр}(C_2H_6) = V_{прореаг}(C_2H_4) = 10 \text{ л}$.

Теперь определим состав и объем конечной газовой смеси. В ней будет находиться продукт реакции (этан) и избыток непрореагировавшего реагента (водород).

Объем оставшегося водорода:

$V_{ост}(H_2) = V_{исх}(H_2) - V_{прореаг}(H_2) = 15 \text{ л} - 10 \text{ л} = 5 \text{ л}$

Таким образом, конечная газовая смесь состоит из 10 л этана и 5 л водорода.

Общий объем конечной смеси:

$V_{кон} = V_{обр}(C_2H_6) + V_{ост}(H_2) = 10 \text{ л} + 5 \text{ л} = 15 \text{ л}$

Ответ: Конечная газовая смесь состоит из 10 л этана ($C_2H_6$) и 5 л водорода ($H_2$). Общий объем смеси составляет 15 л.