Страница 64 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

4.26*. Вычислите, могут ли полностью прореагировать 2 л оксида углерода(II) и 3,5 л кислорода (н. у.) и какой объем продукта реакции получится при этом.

Дано:

$V(CO) = 2 \text{ л}$

$V(O_2) = 3.5 \text{ л}$

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

1. Могут ли реагенты прореагировать полностью?

2. $V(продукта) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции горения оксида углерода(II) (угарного газа) в кислороде с образованием оксида углерода(IV) (углекислого газа):

$2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$

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

$V(CO) : V(O_2) : V(CO_2) = 2 : 1 : 2$

2. Определим, какое из веществ находится в недостатке (является лимитирующим реагентом). Для этого сравним объемные отношения реагентов, данные по условию, с теоретическими (стехиометрическими).

Теоретическое отношение:

$\frac{V(CO)}{V(O_2)} = \frac{2}{1} = 2$

Фактическое отношение по условию:

$\frac{V(CO)}{V(O_2)} = \frac{2 \text{ л}}{3.5 \text{ л}} \approx 0.57$

Поскольку фактическое отношение ($0.57$) меньше теоретического ($2$), это означает, что оксид углерода(II) находится в недостатке, а кислород — в избытке. Следовательно, не все исходные вещества могут прореагировать полностью.

В качестве альтернативного способа можно рассчитать, какой объем кислорода необходим для полного сгорания 2 л оксида углерода(II):

$V_{необх.}(O_2) = V(CO) \times \frac{1}{2} = 2 \text{ л} \times \frac{1}{2} = 1 \text{ л}$

По условию дано 3.5 л кислорода, что больше необходимого объема ($3.5 \text{ л} > 1 \text{ л}$). Таким образом, кислород в избытке, а оксид углерода(II) прореагирует полностью. Оба вещества одновременно полностью прореагировать не могут.

3. Объем продукта реакции, оксида углерода(IV), рассчитываем по веществу, находящемуся в недостатке, то есть по оксиду углерода(II).

Из соотношения объемов $V(CO) : V(CO_2) = 2 : 2$ следует, что $V(CO_2) = V(CO)$.

$V(CO_2) = 2 \text{ л}$

Ответ: Реагенты не могут прореагировать полностью, так как кислород находится в избытке. При этом получится 2 л продукта реакции (оксида углерода(IV)).

4.27. Вычислите объемы кислорода и воздуха, которые необходимы для полного окисления 0,2 м³ этана (н. у.). Содержание кислорода в воздухе (по объему) примерно равно 20%.

Дано:

$V(C_2H_6) = 0.2 \text{ м}^3$

$\phi(O_2 \text{ в воздухе}) = 20\% = 0.2$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$V(O_2) - ?$

$V(воздуха) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции полного окисления (горения) этана ($C_2H_6$). При полном окислении углеводородов образуются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Уравнение реакции в сбалансированном виде:

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

2. Согласно закону объемных отношений для газов (закон Авогадро), при одинаковых условиях (температуре и давлении) объемы реагирующих газов относятся друг к другу как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Из уравнения реакции видно, что для сгорания 2 объемов этана требуется 7 объемов кислорода. Составим пропорцию:

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

3. Из этой пропорции найдем объем кислорода ($V(O_2)$), необходимый для полного окисления 0,2 м³ этана:

$V(O_2) = \frac{7 \times V(C_2H_6)}{2} = \frac{7 \times 0.2 \text{ м}^3}{2} = 0.7 \text{ м}^3$

4. Теперь рассчитаем объем воздуха, зная, что объемная доля кислорода в нем составляет 20% (или 0,2). Объем воздуха можно найти по формуле:

$V(воздуха) = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)}$

Подставим известные значения:

$V(воздуха) = \frac{0.7 \text{ м}^3}{0.2} = 3.5 \text{ м}^3$

Ответ: для полного окисления 0,2 м³ этана необходимо 0,7 м³ кислорода и 3,5 м³ воздуха.

4.28. Вычислите объемы хлора и водорода (н. у.), необходимых для получения 20 мл хлороводорода.

Дано:

$V(HCl) = 20 \text{ мл}$

Условия: н. у. (нормальные условия)

$V(HCl) = 20 \text{ мл} = 20 \times 10^{-6} \text{ м}^3$

Найти:

$V(H_2) - ?$

$V(Cl_2) - ?$

Решение:

Для решения задачи запишем уравнение реакции синтеза хлороводорода из водорода и хлора:
$H_2(г) + Cl_2(г) \rightarrow 2HCl(г)$

Все вещества в данной реакции являются газами. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, при постоянных температуре и давлении объемы реагирующих газов и объемы газообразных продуктов реакции относятся друг к другу как простые целые числа, соответствующие их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Из уравнения реакции следует, что 1 объем водорода ($H_2$) реагирует с 1 объемом хлора ($Cl_2$), образуя 2 объема хлороводорода ($HCl$). Таким образом, соотношение их объемов составляет:
$V(H_2) : V(Cl_2) : V(HCl) = 1 : 1 : 2$

Исходя из этого соотношения, можно сделать вывод, что объем каждого из исходных газов (водорода и хлора) должен быть в два раза меньше объема полученного хлороводорода.

Вычислим объем водорода, необходимый для реакции:
$V(H_2) = \frac{1}{2} \times V(HCl) = \frac{1}{2} \times 20 \text{ мл} = 10 \text{ мл}$

Аналогично вычислим объем хлора:
$V(Cl_2) = \frac{1}{2} \times V(HCl) = \frac{1}{2} \times 20 \text{ мл} = 10 \text{ мл}$

Ответ: для получения 20 мл хлороводорода необходимо взять 10 мл хлора и 10 мл водорода.

4.29. Рассчитайте, хватит ли 10 л кислорода для полного сжигания 4 л метана (н. у.).

Дано:

$V(CH_4) = 4 \text{ л}$

$V(O_2) = 10 \text{ л}$

Условия: нормальные (н. у.)

$V(CH_4) = 4 \text{ л} = 4 \times 10^{-3} \text{ м}^3$
$V(O_2) = 10 \text{ л} = 10 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 1 \times 10^{-2} \text{ м}^3$

Найти:

Хватит ли $V(O_2)$ для полного сжигания $V(CH_4)$?

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение реакции полного сгорания метана ($CH_4$) в кислороде ($O_2$). При полном сгорании углеводородов образуются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

1. Сбалансированное уравнение реакции:

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

2. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, при одинаковых температуре и давлении (в данном случае, н. у.) объемы реагирующих и образующихся газов соотносятся как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Из уравнения видно, что на 1 объем метана требуется 2 объема кислорода. Соотношение объемов:

$\frac{V(CH_4)}{V(O_2)} = \frac{1}{2}$

3. Рассчитаем теоретически необходимый объем кислорода ($V_{теор.}(O_2)$) для полного сжигания 4 л метана:

$V_{теор.}(O_2) = 2 \times V(CH_4)$

$V_{теор.}(O_2) = 2 \times 4 \text{ л} = 8 \text{ л}$

4. Сравним необходимый объем кислорода с имеющимся в наличии объемом:

Теоретически необходимый объем: $V_{теор.}(O_2) = 8 \text{ л}$.

Имеющийся объем: $V_{дан}(O_2) = 10 \text{ л}$.

Поскольку $10 \text{ л} > 8 \text{ л}$, имеющегося объема кислорода достаточно для полного сжигания 4 л метана. Более того, кислород находится в избытке на $10 - 8 = 2$ л.

Ответ: да, 10 л кислорода хватит для полного сжигания 4 л метана.

4.30. Хватит ли 15 л кислорода для полного окисления 6 л сероводорода (н. у.)?

Дано:

$V(O_2) = 15$ л
$V(H_2S) = 6$ л
Условия: н. у. (нормальные условия)

$V(O_2) = 15 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$
$V(H_2S) = 6 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

Хватит ли $V(O_2)$ для полного окисления $V(H_2S)$?

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение реакции полного окисления сероводорода кислородом. При полном окислении образуются оксид серы(IV) и вода.

1. Запишем уравнение реакции:
$2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O$

2. Согласно закону Авогадро, для газов при одинаковых условиях (в данном случае, н. у.) соотношение их объемов равно соотношению их молей (стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции).

Из уравнения реакции следует, что на 2 объема сероводорода ($H_2S$) требуется 3 объема кислорода ($O_2$). Составим пропорцию для объемов реагирующих газов:

$\frac{V(H_2S)}{V(O_2)} = \frac{2}{3}$

3. Рассчитаем теоретически необходимый объем кислорода ($V_{теор.}(O_2)$) для полного окисления 6 л сероводорода:

$V_{теор.}(O_2) = \frac{3 \cdot V(H_2S)}{2} = \frac{3 \cdot 6 \text{ л}}{2} = 9 \text{ л}$

4. Сравним необходимый объем кислорода с имеющимся объемом.

Для реакции требуется 9 л кислорода, а по условию задачи дано 15 л.

$15 \text{ л} > 9 \text{ л}$

Следовательно, кислорода, имеющегося в наличии, достаточно для полного окисления 6 л сероводорода. Кислород находится в избытке.

Ответ: да, 15 л кислорода хватит для полного окисления 6 л сероводорода, так как для реакции требуется 9 л кислорода, что меньше имеющегося объема.

4.31. Вычислите, какое количество вещества оксида серы(VI) получится при окислении 200 $м^3$ оксида серы(IV) (н. у.).

Дано:

Объем оксида серы(IV), $V(SO_2) = 200 \text{ м}^3$

Условия: нормальные (н. у.)

Объем $V(SO_2)$ дан в единицах СИ ($м^3$). Молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m$) в единицах СИ составляет $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль} = 0,0224 \text{ м}^3/\text{моль}$.

Найти:

Количество вещества оксида серы(VI), $n(SO_3)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции окисления оксида серы(IV) ($SO_2$) кислородом до оксида серы(VI) ($SO_3$):

$2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$

2. Согласно уравнению реакции, из 2 моль оксида серы(IV) образуется 2 моль оксида серы(VI). Это означает, что количества вещества исходного газа и продукта реакции соотносятся как 2:2 или 1:1.

$\frac{n(SO_2)}{2} = \frac{n(SO_3)}{2} \implies n(SO_2) = n(SO_3)$

3. Найдем количество вещества оксида серы(IV) по формуле, связывающей объем газа с его количеством вещества при нормальных условиях:

$n = \frac{V}{V_m}$

где $V$ — объем газа, а $V_m$ — молярный объем, равный $0,0224 \text{ м}^3/\text{моль}$ при н. у.

Подставляем известные данные для $SO_2$:

$n(SO_2) = \frac{200 \text{ м}^3}{0,0224 \text{ м}^3/\text{моль}} \approx 8928,57 \text{ моль}$

4. Поскольку, как мы установили из уравнения реакции, $n(SO_3) = n(SO_2)$, то количество вещества оксида серы(VI), которое получится в результате, будет таким же:

$n(SO_3) \approx 8928,57 \text{ моль}$

Это значение также можно представить в киломолях: $n(SO_3) \approx 8,93 \text{ кмоль}$.

Ответ: количество вещества оксида серы(VI) составит приблизительно $8928,57$ моль.

4.32. Вычислите объем хлора (н. у.) и количество вещества водорода, необходимых для получения 2,5 м³ хлороводорода.

Дано:

$V(HCl) = 2,5 \, \text{м}^3$
Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

$V(Cl_2)$ - ?
$n(H_2)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции получения хлороводорода из простых веществ:
$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

2. Все вещества в данной реакции являются газами. Согласно закону объемных отношений, для газов, участвующих в реакции, отношение их объемов равно отношению их стехиометрических коэффициентов.
Из уравнения реакции видно, что соотношение количеств веществ и объемов следующее:
$n(H_2) : n(Cl_2) : n(HCl) = 1 : 1 : 2$
$V(H_2) : V(Cl_2) : V(HCl) = 1 : 1 : 2$

3. Найдем объем хлора $V(Cl_2)$, необходимый для получения 2,5 м³ хлороводорода.
Из пропорции объемов:
$\frac{V(Cl_2)}{V(HCl)} = \frac{1}{2}$
Следовательно, объем хлора в два раза меньше объема полученного хлороводорода:
$V(Cl_2) = \frac{V(HCl)}{2} = \frac{2,5 \, \text{м}^3}{2} = 1,25 \, \text{м}^3$

4. Найдем количество вещества водорода $n(H_2)$.
Сначала найдем объем водорода, необходимый для реакции. Из соотношения объемов $V(H_2) : V(HCl) = 1 : 2$, следует что $V(H_2) = V(Cl_2) = 1,25 \, \text{м}^3$.
Количество вещества газа при нормальных условиях (н. у.) можно рассчитать по формуле:
$n = \frac{V}{V_m}$
где $V_m$ – молярный объем газа при н. у., равный $22,4 \, \text{л/моль}$ или $0,0224 \, \text{м}^3/\text{моль}$.
$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{1,25 \, \text{м}^3}{0,0224 \, \text{м}^3/\text{моль}} \approx 55,8 \, \text{моль}$

Ответ: для получения 2,5 м³ хлороводорода необходимы объем хлора $1,25 \, \text{м}^3$ (н. у.) и количество вещества водорода $55,8 \, \text{моль}$.

4.33. Вычислите объем хлора (н. у.) и массу водорода, необходимых для получения 50 $м^3$ хлороводорода (н. у.).

Дано:

Объем хлороводорода $V(\text{HCl}) = 50 \text{ м}^3$

Условия нормальные (н. у.)

Объем $V(\text{HCl})$ уже дан в единицах СИ ($м^3$).

Молярный объем газа при н. у.: $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 22.4 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3/\text{моль}$.

Молярная масса водорода: $M(H_2) \approx 2.016 \text{ г/моль} = 2.016 \cdot 10^{-3} \text{ кг/моль}$.

Найти:

Объем хлора $V(\text{Cl}_2)$ — ?

Массу водорода $m(\text{H}_2)$ — ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции синтеза хлороводорода из простых веществ:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

2. Так как все вещества в реакции являются газами, находящимися при одинаковых (нормальных) условиях, то согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, их объемы соотносятся как стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции:

$V(H_2) : V(Cl_2) : V(HCl) = 1 : 1 : 2$

Вычисление объема хлора (н. у.)

Из установленной пропорции находим объем хлора ($Cl_2$), необходимый для реакции:

$\frac{V(Cl_2)}{V(HCl)} = \frac{1}{2} \implies V(Cl_2) = \frac{1}{2} V(HCl)$

$V(Cl_2) = \frac{1}{2} \cdot 50 \text{ м}^3 = 25 \text{ м}^3$

Вычисление массы водорода

Сначала находим объем водорода ($H_2$), который также следует из пропорции:

$\frac{V(H_2)}{V(HCl)} = \frac{1}{2} \implies V(H_2) = \frac{1}{2} V(HCl)$

$V(H_2) = \frac{1}{2} \cdot 50 \text{ м}^3 = 25 \text{ м}^3$

Далее вычисляем количество вещества (число молей) водорода по формуле $n = V/V_m$:

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{25 \text{ м}^3}{22.4 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3/\text{моль}} \approx 1116.07 \text{ моль}$

Наконец, вычисляем массу водорода по формуле $m = n \cdot M$:

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = 1116.07 \text{ моль} \cdot 2.016 \cdot 10^{-3} \text{ кг/моль} \approx 2.25 \text{ кг}$

Ответ: для получения 50 м³ хлороводорода необходимо 25 м³ хлора (н. у.) и ≈2.25 кг водорода.

4.34. Вычислите объем аммиака, полученного при взаимодействии водорода с 2 л азота (н. у.), содержащего объемную долю примесей 0,1%.

Дано:

$V_{смеси}(N_2) = 2 \text{ л}$

$\phi_{примесей} = 0,1\%$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$V(NH_3) - ?$

Решение:

1. Сначала определим объем чистого азота в исходной смеси. Объемная доля чистого азота ($\phi_{чист}(N_2)$) составляет:

$\phi_{чист}(N_2) = 100\% - \phi_{примесей} = 100\% - 0,1\% = 99,9\%$

Переведем объемную долю в десятичный формат для расчетов: $99,9\% = 0,999$.

2. Теперь вычислим объем чистого азота ($V(N_2)$), который будет участвовать в реакции:

$V(N_2) = V_{смеси}(N_2) \times \phi_{чист}(N_2) = 2 \text{ л} \times 0,999 = 1,998 \text{ л}$

3. Запишем уравнение реакции синтеза аммиака из азота и водорода. Предполагается, что водород взят в избытке.

$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

4. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, для газов, участвующих в реакции при одинаковых условиях (в данном случае н. у.), их объемы соотносятся как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Из уравнения реакции видно, что из 1 объема азота ($N_2$) получается 2 объема аммиака ($NH_3$). Составим пропорцию:

$\frac{V(N_2)}{1} = \frac{V(NH_3)}{2}$

5. Выразим и вычислим объем аммиака:

$V(NH_3) = 2 \times V(N_2) = 2 \times 1,998 \text{ л} = 3,996 \text{ л}$

Ответ: объем полученного аммиака равен $3,996 \text{ л}$.

4.35. Рассчитайте, какой объем кислорода необходим для каталитического окисления 12 л аммиака (объемы газов измерены при нормальных условиях).

Дано:

$V(NH_3) = 12 \text{ л}$

Условия: нормальные (н.у.)

Перевод в систему СИ:

$V(NH_3) = 12 \text{ л} = 12 \times 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

$V(O_2) - ?$

Решение:

1. Каталитическое окисление аммиака протекает в присутствии катализатора (например, платины) с образованием оксида азота(II) и воды. Запишем уравнение этой реакции:

$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt, t} 4NO + 6H_2O$

2. В задаче указано, что объемы газов измерены при нормальных условиях. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, для газов, участвующих в реакции, отношение их объемов равно отношению их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

3. Из уравнения реакции видно, что 4 объема аммиака ($NH_3$) реагируют с 5 объемами кислорода ($O_2$). Мы можем составить пропорцию:

$\frac{V(NH_3)}{V(O_2)} = \frac{4}{5}$

4. Выразим из этой пропорции искомый объем кислорода $V(O_2)$:

$V(O_2) = \frac{5 \times V(NH_3)}{4}$

5. Подставим в формулу заданный объем аммиака:

$V(O_2) = \frac{5 \times 12 \text{ л}}{4} = 15 \text{ л}$

Ответ: для каталитического окисления 12 л аммиака необходимо 15 л кислорода.

4.36. Чистый азот можно получить, пропуская смесь оксида азота(II) и аммиака над платиновым катализатором. Составьте химическое уравнение этой реакции и вычислите объем азота (н. у.), выделившегося при вступлении в реакцию 5,6 л оксида азота(II).

Дано:

$V(NO) = 5,6 \text{ л}$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

Химическое уравнение реакции - ?

$V(N_2)$ - ?

Решение:

1. Составим химическое уравнение реакции. Взаимодействие оксида азота(II) ($NO$) с аммиаком ($NH_3$) на платиновом катализаторе является окислительно-восстановительной реакцией, в результате которой образуются чистый азот ($N_2$) и вода ($H_2O$).

В этой реакции азот, находящийся в разных степенях окисления ($N^{+2}$ в $NO$ и $N^{-3}$ в $NH_3$), переходит в одну степень окисления $N^0$ в $N_2$. Это реакция сопропорционирования. Уравняем её методом электронного баланса:

$N^{+2} + 2e^- \rightarrow N^0$ | $\times 3$ (восстановитель, окисляется)

$N^{-3} - 3e^- \rightarrow N^0$ | $\times 2$ (окислитель, восстанавливается)

Суммируя полуреакции, получаем коэффициенты для азотсодержащих веществ. Уравнение с учётом коэффициентов для всех веществ выглядит следующим образом:

$6NO + 4NH_3 \xrightarrow{Pt} 5N_2 + 6H_2O$

2. Вычислим объем азота ($N_2$), который выделился при вступлении в реакцию 5,6 л оксида азота(II).

Так как и оксид азота(II), и азот являются газами, а условия нормальные, то по закону объемных отношений Гей-Люссака, их объемы соотносятся как стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Из уравнения реакции следует, что из 6 объемов $NO$ образуется 5 объемов $N_2$.

Составим пропорцию:

$\frac{V(NO)}{6} = \frac{V(N_2)}{5}$

Подставим известное значение $V(NO)$ и выразим $V(N_2)$:

$V(N_2) = \frac{5 \times V(NO)}{6} = \frac{5 \times 5,6 \text{ л}}{6} = \frac{28 \text{ л}}{6} \approx 4,67 \text{ л}$

Ответ:

Химическое уравнение реакции: $6NO + 4NH_3 \xrightarrow{Pt} 5N_2 + 6H_2O$. Объем выделившегося азота составляет 4,67 л.

4.37. Хватит ли 10 л кислорода (н. у.) для полного окисления 10 л аммиака с получением оксида азота(II)?

Дано:

$V(NH_3) = 10$ л
$V(O_2) = 10$ л
Все объемы измерены при нормальных условиях (н. у.).

Найти:

Определить, достаточно ли данного объема кислорода для полного окисления аммиака до оксида азота(II).

Решение:

1. Запишем уравнение реакции каталитического окисления аммиака кислородом с образованием оксида азота(II) и воды:

$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt/Rh} 4NO + 6H_2O$

2. Согласно закону Авогадро, для газов, находящихся в одинаковых условиях (температура и давление), соотношение их объемов равно соотношению их количеств (в молях), а следовательно, и соотношению стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

Из уравнения реакции следует, что на 4 объема аммиака требуется 5 объемов кислорода:

$\frac{V(NH_3)}{V(O_2)} = \frac{4}{5}$

3. Рассчитаем теоретически необходимый объем кислорода ($V_{теор.}(O_2)$) для полного окисления 10 л аммиака:

$V_{теор.}(O_2) = V(NH_3) \times \frac{5}{4}$

$V_{теор.}(O_2) = 10 \text{ л} \times \frac{5}{4} = 12.5$ л

4. Сравним рассчитанный необходимый объем кислорода с объемом, данным в условии задачи:

Необходимый объем: $V_{теор.}(O_2) = 12.5$ л
Имеющийся объем: $V_{дан}(O_2) = 10$ л

Поскольку $12.5 \text{ л} > 10 \text{ л}$, имеющегося кислорода недостаточно для полного окисления 10 л аммиака.

Ответ: Нет, 10 л кислорода не хватит для полного окисления 10 л аммиака, так как для этого требуется 12,5 л кислорода.

4.38. Вычислите объем углекислого газа, образовавшегося при сгорании 10 м³ ацетилена (технического), содержащего 5% примесей (объемы газов измерены при нормальных условиях).

Дано:

$V_{\text{техн.}}(C_2H_2) = 10 \text{ м}^3$

$\phi(\text{примесей}) = 5\% = 0.05$ (объемная доля)

Условия нормальные (н.у.)

Найти:

$V(CO_2) - ?$

Решение:

1. В условии задачи указано, что технический ацетилен содержит 5% примесей. Поскольку все измерения проводятся для газов, будем считать, что это объемная доля примесей. Примеси считаем негорючими газами, которые не вступают в реакцию и не образуют углекислый газ. Сначала определим объем чистого ацетилена, который участвует в реакции горения. Объемная доля чистого ацетилена в технической смеси составляет:

$\phi(C_2H_2) = 100\% - \phi(\text{примесей}) = 100\% - 5\% = 95\%$ или $0.95$

Теперь вычислим объем чистого ацетилена:

$V(C_2H_2) = V_{\text{техн.}}(C_2H_2) \times \phi(C_2H_2) = 10 \text{ м}^3 \times 0.95 = 9.5 \text{ м}^3$

2. Запишем уравнение реакции полного сгорания ацетилена ($C_2H_2$) в кислороде:

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

3. Поскольку объемы всех газов измерены при одинаковых (нормальных) условиях, можно применить закон объемных отношений Гей-Люссака. Согласно этому закону, соотношение объемов реагирующих и образующихся газов равно соотношению их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

Из уравнения реакции видно, что из 2 объемов ацетилена образуется 4 объема углекислого газа. Составим пропорцию, связывающую объемы ацетилена и углекислого газа:

$\frac{V(C_2H_2)}{2} = \frac{V(CO_2)}{4}$

Из этой пропорции выразим искомый объем углекислого газа:

$V(CO_2) = \frac{4 \times V(C_2H_2)}{2} = 2 \times V(C_2H_2)$

Подставим в формулу вычисленный ранее объем чистого ацетилена:

$V(CO_2) = 2 \times 9.5 \text{ м}^3 = 19 \text{ м}^3$

Ответ: объем образовавшегося углекислого газа составляет $19 \text{ м}^3$.

4.39. Смесь этилена с водородом пропустили через никеле-вый катализатор. Вычислите выделившийся объем этана, если в реакцию вступило 20 мл этилена (объемы газов измерены при нормальных условиях).

Дано:

$V(C_2H_4) = 20 \text{ мл}$

Условия: нормальные (н.у.)

Перевод в СИ:

$V(C_2H_4) = 20 \text{ мл} = 0,02 \text{ л} = 2 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

Найти:

$V(C_2H_6) - ?$

Решение:

Смесь этилена с водородом пропустили через никелевый катализатор. Происходит реакция гидрирования этилена (этена) с образованием этана. Запишем уравнение реакции:

$C_2H_4\text{(г)} + H_2\text{(г)} \xrightarrow{Ni, t^\circ} C_2H_6\text{(г)}$

Все вещества, участвующие в реакции (этилен, водород, этан), являются газами. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы газов, вступающих в реакцию и образующихся в результате нее, относятся друг к другу как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции (при условии, что объемы измерены при одинаковых температуре и давлении).

В задаче указано, что объемы измерены при нормальных условиях, поэтому закон применим.

Из уравнения реакции видно, что стехиометрические коэффициенты перед этиленом и этаном равны 1. Следовательно, их мольное соотношение равно 1:1.

$\nu(C_2H_4) : \nu(C_2H_6) = 1 : 1$

Поскольку для газов при одинаковых условиях объемные отношения равны мольным, можем записать:

$\frac{V(C_2H_4)}{1} = \frac{V(C_2H_6)}{1}$

Отсюда следует, что объем образовавшегося этана равен объему этилена, вступившего в реакцию.

$V(C_2H_6) = V(C_2H_4) = 20 \text{ мл}$

Ответ: выделившийся объем этана равен 20 мл.