Номер 2, страница 56 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 2. Смесь из 10 л этилена и 15 л (н. у.) водорода пропустили над нагретым никелевым катализатором. Ответьте на вопросы:

1) Сколько литров водорода осталось в избытке?

2) Какой объем этана образовался?

3) Каким будет объем газовой смеси после реакции?

Ответ: 1) 5 л; 2) 10 л; 3) 15 л.

Дано:

$V(C_2H_4) = 10 \text{ л}$

$V(H_2) = 15 \text{ л}$

Условия нормальные (н. у.)

Найти:

1) $V_{ост}(H_2)$ - ?

2) $V(C_2H_6)$ - ?

3) $V_{смеси \ после \ реакции}$ - ?

Решение:

Запишем уравнение реакции гидрирования этилена (этена) водородом в присутствии никелевого катализатора. В результате реакции образуется этан:

$C_2H_4 \text{ (этилен)} + H_2 \text{ (водород)} \xrightarrow{Ni, t} C_2H_6 \text{ (этан)}$

Поскольку все вещества в реакции являются газами и находятся при одинаковых условиях (н. у.), согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, их объемы соотносятся как стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Из уравнения реакции видно, что коэффициенты перед всеми веществами равны 1. Следовательно, объемные отношения:

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

Это означает, что 1 литр этилена реагирует с 1 литром водорода, образуя 1 литр этана.

Определим, какое из исходных веществ находится в недостатке (лимитирующий реагент), а какое — в избытке. Для реакции с 10 л этилена теоретически необходимо:

$V_{теор}(H_2) = V(C_2H_4) \times \frac{1}{1} = 10 \text{ л}$

По условию задачи, имеется 15 л водорода. Поскольку $15 \text{ л} > 10 \text{ л}$, водород находится в избытке, а этилен — в недостатке. Этилен прореагирует полностью, и расчеты продуктов реакции следует вести по нему.

1) Сколько литров водорода осталось в избытке?

Объем водорода, вступившего в реакцию, равен объему прореагировавшего этилена, то есть 10 л. Объем водорода, который остался после реакции (в избытке), можно найти как разность между начальным объемом и прореагировавшим объемом:

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

Ответ: 5 л.

2) Какой объем этана образовался?

Согласно объемным отношениям в уравнении реакции (1:1), объем образовавшегося этана равен объему этилена, вступившего в реакцию.

$V(C_2H_6) = V(C_2H_4) = 10 \text{ л}$

Ответ: 10 л.

3) Каким будет объем газовой смеси после реакции?

Газовая смесь после реакции будет состоять из продукта реакции (этана) и избытка реагента (водорода). Лимитирующий реагент (этилен) будет полностью израсходован.

Общий объем конечной смеси равен сумме объема образовавшегося этана и объема оставшегося водорода:

$V_{конечн.смеси} = V(C_2H_6) + V_{ост}(H_2) = 10 \text{ л} + 5 \text{ л} = 15 \text{ л}$

Ответ: 15 л.