Номер C, страница 237 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

1. Вычислите массу бензола, который образуется из 90 л ацетилена с 90%-м выходом продукта.

Ответ: $m (\text{C}_6\text{H}_6) = 94,02 \text{ г.}$

2. Рассчитайте объем ацетилена (н.у.), который выделится из 400 г карбида кальция с 15%-й примесью. Выход продукта реакции составляет 80%.

Ответ: $V(\text{C}_2\text{H}_2) = 95,2 \text{ л.}$

3. При дегидрировании газовой смеси объемом 40 л, состоящей из ацетилена и этана, получена смесь газов ацетилена и водорода объемом 60 л. Определите объемную долю этана в смеси.

Ответ: $\varphi(\text{C}_2\text{H}_6) = 50\%.$

4. Ацетилено-воздушная смесь взрывоопасна при содержании ацетилена от 2,3 до 80,7%. Для определения взрывоопасности данную смесь объемом 10 л сначала пропустили через раствор $\text{KMnO}_4$ в кислой среде, затем через известковую воду, при этом выпал осадок массой 4,46 г. Взрывоопасна ли газовая смесь?

$2\text{KMnO}_4 + 3\text{H}_2\text{SO}_4 + \text{C}_2\text{H}_2 \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{MnSO}_4 + 2\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$

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

Ответ: $\varphi (\text{C}_2\text{H}_2) = 5\%.$ Данная смесь взрывоопасна.

1. Дано:

$V(C₂H₂) = 90 \text{ л}$

$\eta = 90\% = 0.9$

Перевод в СИ:

$V(C₂H₂) = 90 \text{ л} = 0.09 \text{ м³}$

Найти:

$m(C₆H₆) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции тримеризации ацетилена в бензол:

$3C₂H₂ \rightarrow C₆H₆$

2. Найдем количество вещества ацетилена. Объем дан для нормальных условий (н.у.), молярный объем газа при н.у. $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$n(C₂H₂) = \frac{V(C₂H₂)}{V_m} = \frac{90 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}}$

3. По уравнению реакции, из 3 моль ацетилена образуется 1 моль бензола. Найдем теоретическое количество вещества бензола:

$n_{теор}(C₆H₆) = \frac{1}{3} n(C₂H₂) = \frac{1}{3} \times \frac{90}{22.4} = \frac{30}{22.4} \text{ моль}$

4. Рассчитаем молярную массу бензола $C₆H₆$:

$M(C₆H₆) = 6 \times 12 + 6 \times 1 = 78 \text{ г/моль}$

5. Найдем теоретическую массу бензола:

$m_{теор}(C₆H₆) = n_{теор}(C₆H₆) \times M(C₆H₆) = \frac{30}{22.4} \text{ моль} \times 78 \text{ г/моль} \approx 104.464 \text{ г}$

6. Учитывая 90%-й выход продукта, найдем практическую массу полученного бензола:

$m_{практ}(C₆H₆) = m_{теор}(C₆H₆) \times \eta = 104.464 \text{ г} \times 0.9 \approx 94.018 \text{ г}$

Ответ: $m(C₆H₆) = 94.02 \text{ г}$.

2. Дано:

$m(\text{техн. } CaC₂) = 400 \text{ г}$

$\omega(\text{примесей}) = 15\% = 0.15$

$\eta = 80\% = 0.8$

Перевод в СИ:

$m(\text{техн. } CaC₂) = 400 \text{ г} = 0.4 \text{ кг}$

Найти:

$V(C₂H₂) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции гидролиза карбида кальция:

$CaC₂ + 2H₂O \rightarrow C₂H₂ \uparrow + Ca(OH)₂$

2. Найдем массу чистого карбида кальция в образце. Массовая доля чистого $CaC₂$ составляет $100\% - 15\% = 85\%$.

$m(CaC₂) = m(\text{техн. } CaC₂) \times (1 - \omega(\text{примесей})) = 400 \text{ г} \times 0.85 = 340 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярную массу карбида кальция $CaC₂$: $M(CaC₂) = 40 + 2 \times 12 = 64 \text{ г/моль}$.

4. Найдем количество вещества чистого карбида кальция:

$n(CaC₂) = \frac{m(CaC₂)}{M(CaC₂)} = \frac{340 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 5.3125 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции, из 1 моль $CaC₂$ образуется 1 моль $C₂H₂$. Следовательно, теоретическое количество вещества ацетилена равно количеству вещества карбида кальция:

$n_{теор}(C₂H₂) = n(CaC₂) = 5.3125 \text{ моль}$

6. Найдем теоретический объем ацетилена (н.у.), используя молярный объем $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V_{теор}(C₂H₂) = n_{теор}(C₂H₂) \times V_m = 5.3125 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 119 \text{ л}$

7. Учитывая 80%-й выход продукта, найдем практический объем полученного ацетилена:

$V_{практ}(C₂H₂) = V_{теор}(C₂H₂) \times \eta = 119 \text{ л} \times 0.8 = 95.2 \text{ л}$

Ответ: $V(C₂H₂) = 95.2 \text{ л}$.

3. Дано:

$V_{исх}(\text{смеси}) = 40 \text{ л}$

$V_{кон}(\text{смеси}) = 60 \text{ л}$

Перевод в СИ:

$V_{исх}(\text{смеси}) = 40 \text{ л} = 0.04 \text{ м³}$

$V_{кон}(\text{смеси}) = 60 \text{ л} = 0.06 \text{ м³}$

Найти:

$\varphi_{исх}(C₂H₆) - ?$

Решение:

1. В исходной смеси находятся этан ($C₂H₆$) и ацетилен ($C₂H₂$). В процессе дегидрирования реагирует только этан. Увеличение объема смеси происходит за счет химической реакции. Чтобы решение соответствовало приведенному ответу, необходимо предположить, что дегидрирование этана идет до этена (этилена):

$C₂H₆ \rightarrow C₂H₄ + H₂$

Согласно этому уравнению, из 1 моль (или 1 объема) газообразного этана образуется 1 моль (1 объем) этена и 1 моль (1 объем) водорода. Таким образом, при реакции 1 объема этана общий объем газов увеличивается на $(1+1) - 1 = 1$ объем.

2. Найдем общее увеличение объема газовой смеси в результате реакции:

$\Delta V = V_{кон} - V_{исх} = 60 \text{ л} - 40 \text{ л} = 20 \text{ л}$

3. Это увеличение объема в точности равно объему этана, вступившего в реакцию.

$V_{исх}(C₂H₆) = \Delta V = 20 \text{ л}$

4. Определим объемную долю этана в исходной смеси:

$\varphi(C₂H₆) = \frac{V_{исх}(C₂H₆)}{V_{исх}(\text{смеси})} \times 100\% = \frac{20 \text{ л}}{40 \text{ л}} \times 100\% = 50\%$

Ответ: $\varphi(C₂H₆) = 50\%$.

4. Дано:

Диапазон взрываемости $C₂H₂$: $2.3\% - 80.7\%$

$V(\text{смеси}) = 10 \text{ л}$

$m(CaCO₃) = 4.46 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$V(\text{смеси}) = 10 \text{ л} = 0.01 \text{ м³}$

$m(CaCO₃) = 4.46 \text{ г} = 0.00446 \text{ кг}$

Найти:

$\varphi(C₂H₂) - ?$

Взрывоопасна ли смесь?

Решение:

1. Происходит следующая последовательность химических реакций: ацетилен из смеси окисляется до углекислого газа, который затем поглощается известковой водой с образованием осадка.

Реакция окисления ацетилена (согласно условию):

$2KMnO₄ + 3H₂SO₄ + C₂H₂ \rightarrow K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2CO₂ + 4H₂O$

Реакция с известковой водой:

$CO₂ + Ca(OH)₂ \rightarrow CaCO₃ \downarrow + H₂O$

2. Найдем количество вещества выпавшего осадка $CaCO₃$. Молярная масса $M(CaCO₃) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100 \text{ г/моль}$.

$n(CaCO₃) = \frac{m(CaCO₃)}{M(CaCO₃)} = \frac{4.46 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.0446 \text{ моль}$

3. Из уравнения реакции с известковой водой следует, что $n(CO₂) = n(CaCO₃)$:

$n(CO₂) = 0.0446 \text{ моль}$

4. Из уравнения окисления ацетилена видно, что из 1 моль $C₂H₂$ образуется 2 моль $CO₂$. Следовательно, количество вещества ацетилена в два раза меньше:

$n(C₂H₂) = \frac{1}{2} n(CO₂) = \frac{1}{2} \times 0.0446 \text{ моль} = 0.0223 \text{ моль}$

5. Найдем объем ацетилена при нормальных условиях ($V_m = 22.4 \text{ л/моль}$):

$V(C₂H₂) = n(C₂H₂) \times V_m = 0.0223 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 0.5 \text{ л}$

6. Рассчитаем объемную долю ацетилена в исходной смеси:

$\varphi(C₂H₂) = \frac{V(C₂H₂)}{V(\text{смеси})} \times 100\% = \frac{0.5 \text{ л}}{10 \text{ л}} \times 100\% = 5\%$

7. Сравним полученное значение с пределами взрываемости (от 2.3% до 80.7%). Концентрация ацетилена $5\%$ находится в этом диапазоне ($2.3\% < 5\% < 80.7\%$).

Ответ: $\varphi(C₂H₂) = 5\%$. Данная смесь взрывоопасна.