Номер 4.46, страница 65, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

4.46. Сравните объемы кислорода, затраченного на сгорание 2 л ацетилена, 2 л этилена и 2 л этана (н. у.).

Дано:

$V(C_2H_2) = 2 \text{ л}$ (ацетилен)

$V(C_2H_4) = 2 \text{ л}$ (этилен)

$V(C_2H_6) = 2 \text{ л}$ (этан)

Все объемы измерены при нормальных условиях (н. у.).

Перевод в СИ:

Поскольку 1 л = $10^{-3} м^3$, то:

$V(C_2H_2) = 2 \times 10^{-3} \text{ м}^3$

$V(C_2H_4) = 2 \times 10^{-3} \text{ м}^3$

$V(C_2H_6) = 2 \times 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

Сравнить объемы кислорода $V(O_2)$, затраченного на сгорание каждого из газов.

Решение:

Для решения задачи воспользуемся законом объемных отношений Гей-Люссака, который является следствием закона Авогадро. Согласно этому закону, при постоянных температуре и давлении объемы реагирующих газов и газообразных продуктов реакции относятся друг к другу как простые целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Это позволяет проводить расчеты непосредственно с объемами, без перехода к количеству вещества (молям).

1. Сгорание ацетилена ($C_2H_2$)

Составим и уравняем реакцию полного сгорания ацетилена:

$2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O$

Из уравнения реакции следует, что на 2 объема ацетилена расходуется 5 объемов кислорода. Обозначим искомый объем кислорода как $V_1(O_2)$.

Составим пропорцию:

$\frac{V(C_2H_2)}{V_1(O_2)} = \frac{2}{5}$

Подставим известное значение объема ацетилена:

$\frac{2 \text{ л}}{V_1(O_2)} = \frac{2}{5}$

Отсюда находим объем кислорода:

$V_1(O_2) = \frac{2 \text{ л} \times 5}{2} = 5 \text{ л}$

2. Сгорание этилена ($C_2H_4$)

Составим и уравняем реакцию полного сгорания этилена:

$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$

Из уравнения реакции следует, что на 1 объем этилена расходуется 3 объема кислорода. Обозначим искомый объем кислорода как $V_2(O_2)$.

Составим пропорцию:

$\frac{V(C_2H_4)}{V_2(O_2)} = \frac{1}{3}$

Подставим известное значение объема этилена:

$\frac{2 \text{ л}}{V_2(O_2)} = \frac{1}{3}$

Отсюда находим объем кислорода:

$V_2(O_2) = 2 \text{ л} \times 3 = 6 \text{ л}$

3. Сгорание этана ($C_2H_6$)

Составим и уравняем реакцию полного сгорания этана:

$2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$

Из уравнения реакции следует, что на 2 объема этана расходуется 7 объемов кислорода. Обозначим искомый объем кислорода как $V_3(O_2)$.

Составим пропорцию:

$\frac{V(C_2H_6)}{V_3(O_2)} = \frac{2}{7}$

Подставим известное значение объема этана:

$\frac{2 \text{ л}}{V_3(O_2)} = \frac{2}{7}$

Отсюда находим объем кислорода:

$V_3(O_2) = \frac{2 \text{ л} \times 7}{2} = 7 \text{ л}$

Сравнение полученных объемов

Мы рассчитали объемы кислорода, необходимые для сгорания 2 литров каждого из углеводородов:

• Для ацетилена: $V_1(O_2) = 5 \text{ л}$
• Для этилена: $V_2(O_2) = 6 \text{ л}$
• Для этана: $V_3(O_2) = 7 \text{ л}$

Сравнивая полученные значения, видим, что $5 \text{ л} < 6 \text{ л} < 7 \text{ л}$.

Следовательно, объем кислорода, необходимый для сгорания, увеличивается в ряду: ацетилен < этилен < этан.

Ответ: На сгорание 2 л ацетилена требуется 5 л кислорода, на сгорание 2 л этилена — 6 л кислорода, а на сгорание 2 л этана — 7 л кислорода. Таким образом, объем затраченного кислорода увеличивается в ряду: $V(O_2)_{\text{ацетилен}} < V(O_2)_{\text{этилен}} < V(O_2)_{\text{этан}}$.