Номер 9, страница 201 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

9. В озонаторе находится воздух с объёмной долей кислорода 20 %. При электрическом разряде 15 % кислорода превратилось в озон. Определите объёмные доли кислорода и озона в образовавшемся озонированном воздухе.

Дано:

Начальная объёмная доля кислорода в воздухе, $\phi_{нач}(O_2) = 20\% = 0.2$
Доля кислорода, превратившегося в озон, $x = 15\% = 0.15$

Найти:

Конечную объёмную долю кислорода, $\phi_{кон}(O_2) - ?$
Конечную объёмную долю озона, $\phi_{кон}(O_3) - ?$

Решение:

Для удобства расчетов примем, что начальный объем воздуха в озонаторе составляет 100 литров. $V_{нач}(воздуха) = 100$ л.

Тогда начальный объем кислорода ($O_2$) в воздухе равен: $V_{нач}(O_2) = V_{нач}(воздуха) \times \phi_{нач}(O_2) = 100 \text{ л} \times 0.20 = 20$ л.

Объем остальных газов в воздухе (в основном азота), которые не участвуют в реакции, составляет: $V(прочие) = V_{нач}(воздуха) - V_{нач}(O_2) = 100 \text{ л} - 20 \text{ л} = 80$ л.

Реакция превращения кислорода в озон ($O_3$) описывается уравнением: $3O_2 \xrightarrow{электрический\ разряд} 2O_3$

Согласно условию, 15% кислорода превратилось в озон. Найдем объем прореагировавшего кислорода: $V_{реаг}(O_2) = V_{нач}(O_2) \times 0.15 = 20 \text{ л} \times 0.15 = 3$ л.

Теперь найдем объем оставшегося кислорода: $V_{кон}(O_2) = V_{нач}(O_2) - V_{реаг}(O_2) = 20 \text{ л} - 3 \text{ л} = 17$ л.

Из уравнения реакции и закона Авогадро следует, что из 3 объемов кислорода образуется 2 объема озона. Рассчитаем объем образовавшегося озона: $V(O_3) = V_{реаг}(O_2) \times \frac{2}{3} = 3 \text{ л} \times \frac{2}{3} = 2$ л.

После реакции в озонаторе находится газовая смесь, состоящая из оставшегося кислорода, образовавшегося озона и прочих газов. Найдем общий объем конечной газовой смеси (озонированного воздуха): $V_{кон}(смеси) = V_{кон}(O_2) + V(O_3) + V(прочие) = 17 \text{ л} + 2 \text{ л} + 80 \text{ л} = 99$ л. Общий объем газовой смеси уменьшился, так как из 3 объемов исходного газа образовалось 2 объема продукта.

Теперь определим объемные доли кислорода и озона в образовавшемся озонированном воздухе. Объёмная доля компонента вычисляется по формуле $\phi = \frac{V_{компонента}}{V_{смеси}} \times 100\%$.

Объёмная доля кислорода: $\phi_{кон}(O_2) = \frac{V_{кон}(O_2)}{V_{кон}(смеси)} \times 100\% = \frac{17 \text{ л}}{99 \text{ л}} \times 100\% \approx 17.17\%$

Объёмная доля озона: $\phi_{кон}(O_3) = \frac{V(O_3)}{V_{кон}(смеси)} \times 100\% = \frac{2 \text{ л}}{99 \text{ л}} \times 100\% \approx 2.02\%$

Ответ: объёмная доля кислорода в озонированном воздухе составляет примерно 17.17 %, а объёмная доля озона – примерно 2.02 %.