Номер 3, страница 97 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 3. Природный газ содержит метан (объемная доля 95%), азота 2%, оксида углерода (IV) 3%. Образец этого газа объемом 4,48 л (н. у.) сожгли, а всю газовую смесь пропустили через избыток раствора гидроксида кальция. Рассчитайте массу образовавшегося осадка.

Ответ: 19,6 г.

Дано:

$V(\text{прир. газ}) = 4,48$ л (н.у.)

$\phi(\text{CH}_4) = 95\% = 0,95$

$\phi(\text{N}_2) = 2\% = 0,02$

$\phi(\text{CO}_2) = 3\% = 0,03$

Найти:

$m(\text{осадка}) - ?$

Решение:

1. Вначале определим общее количество вещества газовой смеси. Поскольку объем дан для нормальных условий (н.у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль.

$\nu(\text{прир. газ}) = \frac{V(\text{прир. газ})}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

2. Зная объемные доли, рассчитаем количество вещества каждого компонента в исходной смеси. Объемная доля газа равна его мольной доле.

$\nu(\text{CH}_4) = \nu(\text{прир. газ}) \cdot \phi(\text{CH}_4) = 0,2 \text{ моль} \cdot 0,95 = 0,19 \text{ моль}$

$\nu(\text{CO}_2)_{\text{исх}} = \nu(\text{прир. газ}) \cdot \phi(\text{CO}_2) = 0,2 \text{ моль} \cdot 0,03 = 0,006 \text{ моль}$

Азот $N_2$ является инертным газом в данных условиях и не участвует в химических превращениях, приводящих к образованию осадка.

3. При сжигании природного газа метан реагирует с кислородом, образуя оксид углерода (IV) и воду. Напишем уравнение реакции горения метана:

$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

Согласно стехиометрии реакции, из 1 моль метана образуется 1 моль оксида углерода (IV). Следовательно, количество вещества $CO_2$, образовавшегося при сгорании, равно количеству вещества сгоревшего метана:

$\nu(\text{CO}_2)_{\text{сгор}} = \nu(\text{CH}_4) = 0,19 \text{ моль}$

4. Общее количество вещества оксида углерода (IV), которое прореагирует с гидроксидом кальция, складывается из $CO_2$, который уже был в смеси, и $CO_2$, который образовался при сгорании метана.

$\nu(\text{CO}_2)_{\text{общ}} = \nu(\text{CO}_2)_{\text{исх}} + \nu(\text{CO}_2)_{\text{сгор}} = 0,006 \text{ моль} + 0,19 \text{ моль} = 0,196 \text{ моль}$

5. Газовую смесь после сжигания пропустили через избыток раствора гидроксида кальция $Ca(OH)_2$. Оксид углерода (IV) реагирует с ним, образуя нерастворимый осадок – карбонат кальция $CaCO_3$.

$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$

Поскольку гидроксид кальция в избытке, весь $CO_2$ прореагирует. Из уравнения реакции следует, что количество вещества образовавшегося осадка $CaCO_3$ равно общему количеству вещества $CO_2$.

$\nu(\text{CaCO}_3) = \nu(\text{CO}_2)_{\text{общ}} = 0,196 \text{ моль}$

6. Рассчитаем массу образовавшегося осадка. Для этого найдем молярную массу карбоната кальция $M(\text{CaCO}_3)$:

$M(\text{CaCO}_3) = M(\text{Ca}) + M(\text{C}) + 3 \cdot M(\text{O}) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу осадка:

$m(\text{CaCO}_3) = \nu(\text{CaCO}_3) \cdot M(\text{CaCO}_3) = 0,196 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 19,6 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося осадка составляет 19,6 г.