Номер 2, страница 97 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 2. Из природного газа объемом 40 л (н. у.) получен хлорметан массой 30,3г. Определите объемную долю метана в природном газе, если массовая доля выхода хлорметана равна 40% от теоретически возможного.

Ответ: 84%.

2. Дано:

$V(прир._{газ}) = 40$ л (н.у.)

$m_{практ}(CH_3Cl) = 30,3$ г

$\eta(CH_3Cl) = 40\% = 0,4$

$V_m = 22,4$ л/моль (молярный объем газа при н.у.)

Найти:

$\phi(CH_4)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции хлорирования метана, в результате которой образуется хлорметан:

$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$

2. В условии дана масса хлорметана, полученная на практике, и указано, что она составляет 40% от теоретически возможного выхода. Найдем массу хлорметана, которая получилась бы при 100% выходе (теоретическая масса).

Формула для расчета выхода продукта реакции ($\eta$):

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}} \cdot 100\%$

Выразим из нее теоретическую массу:

$m_{теор}(CH_3Cl) = \frac{m_{практ}(CH_3Cl)}{\eta} = \frac{30,3 \text{ г}}{0,4} = 75,75$ г.

3. Рассчитаем количество вещества (в молях), соответствующее теоретической массе хлорметана. Для этого сначала определим молярную массу хлорметана ($CH_3Cl$):

$M(CH_3Cl) = M(C) + 3 \cdot M(H) + M(Cl) = 12 + 3 \cdot 1 + 35,5 = 50,5$ г/моль.

Теперь найдем количество вещества $CH_3Cl$:

$n_{теор}(CH_3Cl) = \frac{m_{теор}(CH_3Cl)}{M(CH_3Cl)} = \frac{75,75 \text{ г}}{50,5 \text{ г/моль}} = 1,5$ моль.

4. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между метаном ($CH_4$) и хлорметаном ($CH_3Cl$) составляет 1:1. Это означает, что для получения 1,5 моль хлорметана в реакцию должно было вступить 1,5 моль метана:

$n(CH_4) = n_{теор}(CH_3Cl) = 1,5$ моль.

5. Теперь найдем объем, который занимает это количество метана при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем любого газа при н.у. равен 22,4 л/моль:

$V(CH_4) = n(CH_4) \cdot V_m = 1,5 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 33,6$ л.

6. Этот объем метана содержался в 40 л природного газа. Теперь можно рассчитать объемную долю ($\phi$) метана в природном газе:

$\phi(CH_4) = \frac{V(CH_4)}{V(прир._{газ})} \cdot 100\% = \frac{33,6 \text{ л}}{40 \text{ л}} \cdot 100\% = 0,84 \cdot 100\% = 84\%$.

Ответ: объемная доля метана в природном газе составляет 84%.