Номер 7, страница 165 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. Какой объём углекислого газа, измеренный при н. у., образуется при окислении 6 г угля:

а) концентрированной серной кислотой;

б) концентрированной азотной кислотой;

в) при сжигании такого же количества угля? Решите задачу устно и мотивируйте свой ответ.

Мотивация устного решения заключается в том, что во всех трех случаях окисления углерода до высшей степени окисления +4 продуктом является углекислый газ ($CO_2$). Во всех трех реакциях из 1 атома углерода образуется 1 молекула углекислого газа, то есть стехиометрическое соотношение между исходным углеродом и конечным углекислым газом составляет 1:1. Поскольку исходная масса, а значит и количество вещества углерода, во всех трех случаях одинаковы, то и количество вещества, а следовательно и объем (при одинаковых условиях) образовавшегося углекислого газа, будет одинаковым. Проведем подробные вычисления для подтверждения этого вывода.

Дано:

$m(C) = 6$ г

Условия: нормальные (н. у.), следовательно, молярный объем газа $V_m = 22.4$ л/моль.

Найти:

$V(CO_2)$ в случаях а), б), в) — ?

Решение:

1. Сначала найдем количество вещества углерода (C), которое вступает в реакцию. Молярная масса углерода $M(C) \approx 12$ г/моль.

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{6 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

2. Теперь рассмотрим каждую реакцию и найдем объем образовавшегося углекислого газа ($CO_2$).

а) концентрированной серной кислотой

Уравнение реакции окисления углерода концентрированной серной кислотой:

$C + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль углерода образуется 1 моль углекислого газа. Соотношение количеств веществ: $n(C) : n(CO_2) = 1:1$.

Следовательно, количество вещества $CO_2$ равно количеству вещества $C$:

$n(CO_2) = n(C) = 0.5 \text{ моль}$

Найдем объем углекислого газа при нормальных условиях (н. у.):

$V(CO_2) = n(CO_2) \times V_m = 0.5 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 11.2 \text{ л}$

Ответ: 11.2 л.

б) концентрированной азотной кислотой

Уравнение реакции окисления углерода концентрированной азотной кислотой:

$C + 4HNO_3(конц.) \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + 4NO_2\uparrow + 2H_2O$

Из уравнения реакции также следует, что из 1 моль углерода образуется 1 моль углекислого газа. Соотношение количеств веществ: $n(C) : n(CO_2) = 1:1$.

Следовательно, $n(CO_2) = n(C) = 0.5 \text{ моль}$.

Объем углекислого газа будет таким же:

$V(CO_2) = n(CO_2) \times V_m = 0.5 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 11.2 \text{ л}$

Ответ: 11.2 л.

в) при сжигании такого же количества угля

Сжигание угля (в данном случае чистого углерода) — это его реакция с кислородом. Уравнение реакции горения:

$C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2\uparrow$

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль углерода образуется 1 моль углекислого газа. Соотношение количеств веществ: $n(C) : n(CO_2) = 1:1$.

Следовательно, $n(CO_2) = n(C) = 0.5 \text{ моль}$.

Объем углекислого газа также не изменится:

$V(CO_2) = n(CO_2) \times V_m = 0.5 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 11.2 \text{ л}$

Ответ: 11.2 л.