Номер C, страница 234 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Сколько литров (н.у.) водорода вступает в реакцию со смесью газов, состоящей из 30% этилена, 30% пропена и 40% бутена, массой 50 г?

Ответ: $V(\text{H}_2) = 28$ л.

2. Объем газовой смеси — 150 л, объемная доля пропена — 20%, бутена — 80%. Какой объем воздуха потребуется ($\varphi (\text{O}_2) = 20\%$) для сжигания этой смеси?

Ответ: $V(\text{возд.}) = 4,27$ м$^3$.

3. Смесь метана и этилена объемом 500 мл обесцвечивает 50 г бромной воды ($\omega (\text{Br}_2) = 4,7$). Определите объемную долю этилена в газовой смеси.

Ответ: $\varphi (\text{C}_2\text{H}_4) = 65,8\%$.

4. При дегидрогенизации 200 мл этана (н.у.) получили этилен с 85%-м выходом. Определите объем растворителя 1,2-дихлорэтана ($\rho= 1,24$ г/мл), который образуется из полученного этилена.

Ответ: $V(\text{C}_2\text{H}_4\text{Cl}_2) = 0,606$ мл.

1. Дано:

$m_{смеси} = 50 \text{ г}$

$\omega(C_2H_4) = 30\%$

$\omega(C_3H_6) = 30\%$

$\omega(C_4H_8) = 40\%$

Условия: н.у. (нормальные условия)

$m_{смеси} = 0.05 \text{ кг}$

Найти:

$V(H_2) - ?$

Решение:

Водород вступает в реакцию гидрирования с каждым из алкенов в смеси (этиленом $C_2H_4$, пропеном $C_3H_6$ и бутеном $C_4H_8$). Проценты в условии являются массовыми долями.

1. Найдем массы каждого компонента в смеси:

$m(C_2H_4) = m_{смеси} \cdot \omega(C_2H_4) = 50 \text{ г} \cdot 0.30 = 15 \text{ г}$

$m(C_3H_6) = m_{смеси} \cdot \omega(C_3H_6) = 50 \text{ г} \cdot 0.30 = 15 \text{ г}$

$m(C_4H_8) = m_{смеси} \cdot \omega(C_4H_8) = 50 \text{ г} \cdot 0.40 = 20 \text{ г}$

2. Рассчитаем молярные массы алкенов:

$M(C_2H_4) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28 \text{ г/моль}$

$M(C_3H_6) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 42 \text{ г/моль}$

$M(C_4H_8) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 56 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) каждого алкена:

$n(C_2H_4) = \frac{m(C_2H_4)}{M(C_2H_4)} = \frac{15 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} \approx 0.5357 \text{ моль}$

$n(C_3H_6) = \frac{m(C_3H_6)}{M(C_3H_6)} = \frac{15 \text{ г}}{42 \text{ г/моль}} \approx 0.3571 \text{ моль}$

$n(C_4H_8) = \frac{m(C_4H_8)}{M(C_4H_8)} = \frac{20 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0.3571 \text{ моль}$

4. Реакции гидрирования алкенов протекают в мольном соотношении 1:1 с водородом:

$C_nH_{2n} + H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}$

Следовательно, количество вещества водорода, необходимое для реакции, равно сумме количеств веществ всех алкенов.

$n(H_2) = n(C_2H_4) + n(C_3H_6) + n(C_4H_8)$

$n(H_2) = 0.5357 + 0.3571 + 0.3571 = 1.2499 \text{ моль} \approx 1.25 \text{ моль}$

5. Найдем объем водорода при нормальных условиях (н.у.), используя молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 1.25 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 28 \text{ л}$

Ответ: $V(H_2) = 28 \text{ л}$.

2. Дано:

$V_{смеси} = 150 \text{ л}$

$\phi(C_3H_6) = 20\%$

$\phi(C_4H_8) = 80\%$

$\phi(O_2)_{\text{в воздухе}} = 20\%$

$V_{смеси} = 0.15 \text{ м}^3$

Найти:

$V_{воздуха} - ?$

Решение:

1. Найдем объемы пропена ($C_3H_6$) и бутена ($C_4H_8$) в газовой смеси:

$V(C_3H_6) = V_{смеси} \cdot \phi(C_3H_6) = 150 \text{ л} \cdot 0.20 = 30 \text{ л}$

$V(C_4H_8) = V_{смеси} \cdot \phi(C_4H_8) = 150 \text{ л} \cdot 0.80 = 120 \text{ л}$

2. Запишем уравнения реакций полного сгорания пропена и бутена:

$2C_3H_6 + 9O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$

$C_4H_8 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O$

3. Согласно закону Авогадро, объемные отношения газов в реакции равны их стехиометрическим коэффициентам. Рассчитаем объем кислорода, необходимый для сжигания каждого газа:

Для пропена: $V(O_2)_1 = V(C_3H_6) \cdot \frac{9}{2} = 30 \text{ л} \cdot 4.5 = 135 \text{ л}$

Для бутена: $V(O_2)_2 = V(C_4H_8) \cdot 6 = 120 \text{ л} \cdot 6 = 720 \text{ л}$

4. Найдем общий объем кислорода, необходимый для сжигания всей смеси:

$V_{общ}(O_2) = V(O_2)_1 + V(O_2)_2 = 135 \text{ л} + 720 \text{ л} = 855 \text{ л}$

5. Рассчитаем объем воздуха, зная, что объемная доля кислорода в нем составляет 20%:

$V_{воздуха} = \frac{V_{общ}(O_2)}{\phi(O_2)} = \frac{855 \text{ л}}{0.20} = 4275 \text{ л}$

6. Переведем объем воздуха в кубические метры, зная, что $1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$:

$V_{воздуха} = 4275 \text{ л} / 1000 = 4.275 \text{ м}^3 \approx 4.27 \text{ м}^3$

Ответ: $V_{возд.} = 4,27 \text{ м}^3$.

3. Дано:

$V_{смеси}(CH_4 + C_2H_4) = 500 \text{ мл}$

$m_{р-ра}(Br_2) = 50 \text{ г}$

$\omega(Br_2) = 4.7\%$

$V_{смеси} = 5 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

$m_{р-ра}(Br_2) = 0.05 \text{ кг}$

Найти:

$\phi(C_2H_4) - ?$

Решение:

1. Из двух компонентов смеси (метан $CH_4$ и этилен $C_2H_4$) с бромной водой реагирует только этилен, так как он является ненасыщенным углеводородом (алкеном).

Уравнение реакции: $C_2H_4 + Br_2 \rightarrow C_2H_4Br_2$

2. Найдем массу чистого брома $Br_2$, содержащегося в бромной воде:

$m(Br_2) = m_{р-ра}(Br_2) \cdot \omega(Br_2) = 50 \text{ г} \cdot 0.047 = 2.35 \text{ г}$

3. Рассчитаем количество вещества (число молей) брома. Молярная масса $M(Br_2) = 2 \cdot 80 = 160 \text{ г/моль}$.

$n(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{2.35 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0.0146875 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции, количество вещества этилена равно количеству вещества брома:

$n(C_2H_4) = n(Br_2) = 0.0146875 \text{ моль}$

5. Найдем объем этилена при нормальных условиях (н.у.), которые подразумеваются в задаче. Молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 22400 \text{ мл/моль}$.

$V(C_2H_4) = n(C_2H_4) \cdot V_m = 0.0146875 \text{ моль} \cdot 22400 \text{ мл/моль} = 329 \text{ мл}$

6. Определим объемную долю этилена в исходной газовой смеси:

$\phi(C_2H_4) = \frac{V(C_2H_4)}{V_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{329 \text{ мл}}{500 \text{ мл}} \cdot 100\% = 0.658 \cdot 100\% = 65.8\%$

Ответ: $\phi(C_2H_4) = 65,8\%$.

4. Дано:

$V_{исх}(C_2H_6) = 200 \text{ мл}$ (н.у.)

$\eta = 85\%$

$\rho(C_2H_4Cl_2) = 1.24 \text{ г/мл}$

$V_{исх}(C_2H_6) = 2 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

$\rho(C_2H_4Cl_2) = 1240 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$V(C_2H_4Cl_2) - ?$

Решение:

Задача состоит из двух последовательных химических превращений:

1) Дегидрогенизация этана с получением этилена:

$C_2H_6 \rightarrow C_2H_4 + H_2$

2) Получение 1,2-дихлорэтана из этилена. Это реакция хлорирования, которая подразумевается в условии.

$C_2H_4 + Cl_2 \rightarrow C_2H_4Cl_2$

Расчеты:

1. Найдем количество вещества (число молей) исходного этана $C_2H_6$ при н.у. ($V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 22400 \text{ мл/моль}$):

$n(C_2H_6) = \frac{V(C_2H_6)}{V_m} = \frac{200 \text{ мл}}{22400 \text{ мл/моль}} \approx 0.0089286 \text{ моль}$

2. По уравнению дегидрогенизации, теоретически из 1 моль этана получается 1 моль этилена. Рассчитаем теоретическое количество вещества этилена:

$n_{теор}(C_2H_4) = n(C_2H_6) = 0.0089286 \text{ моль}$

3. Учитывая 85%-й выход, найдем практическое количество вещества полученного этилена:

$n_{практ}(C_2H_4) = n_{теор}(C_2H_4) \cdot \eta = 0.0089286 \text{ моль} \cdot 0.85 \approx 0.0075893 \text{ моль}$

4. Весь полученный этилен используется для синтеза 1,2-дихлорэтана. По уравнению хлорирования, из 1 моль этилена образуется 1 моль 1,2-дихлорэтана. Будем считать выход этой реакции 100%, так как иное не указано.

$n(C_2H_4Cl_2) = n_{практ}(C_2H_4) = 0.0075893 \text{ моль}$

5. Найдем массу образовавшегося 1,2-дихлорэтана. Его молярная масса $M(C_2H_4Cl_2) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 35.5 = 99 \text{ г/моль}$.

$m(C_2H_4Cl_2) = n(C_2H_4Cl_2) \cdot M(C_2H_4Cl_2) = 0.0075893 \text{ моль} \cdot 99 \text{ г/моль} \approx 0.75134 \text{ г}$

6. Найдем объем 1,2-дихлорэтана, используя его плотность:

$V(C_2H_4Cl_2) = \frac{m(C_2H_4Cl_2)}{\rho(C_2H_4Cl_2)} = \frac{0.75134 \text{ г}}{1.24 \text{ г/мл}} \approx 0.6059 \text{ мл}$

Округляя до тысячных, получаем $0.606 \text{ мл}$.

Ответ: $V(C_2H_4Cl_2) = 0,606 \text{ мл}$.