Номер 11, страница 116, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

11. Напишите уравнение реакции полного сгорания пропана. Какое объемное соотношение пропана и воздуха может быть взрывоопасным?

11. Решение задачи состоит из двух частей: написание уравнения реакции и определение взрывоопасного соотношения.

Уравнение реакции полного сгорания пропана

Пропан ($C_3H_8$) — это алкан. Реакция полного сгорания (горения) углеводородов в кислороде ($O_2$) всегда приводит к образованию углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$).

Сначала запишем схему реакции:

$C_3H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

Теперь уравняем количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения (расставим стехиометрические коэффициенты).

1. Уравниваем атомы углерода (C): слева 3 атома, значит, справа перед $CO_2$ ставим коэффициент 3.

$C_3H_8 + O_2 \rightarrow 3CO_2 + H_2O$

2. Уравниваем атомы водорода (H): слева 8 атомов, значит, справа перед $H_2O$ ставим коэффициент 4 (так как $4 \times 2 = 8$).

$C_3H_8 + O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

3. Уравниваем атомы кислорода (O): справа их стало $3 \times 2 + 4 \times 1 = 10$. Значит, слева перед $O_2$ ставим коэффициент 5 (так как $5 \times 2 = 10$).

Итоговое сбалансированное уравнение:

$C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

Ответ: $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$.

Взрывоопасное объемное соотношение пропана и воздуха

Смесь горючего газа с воздухом может взорваться только в определенном диапазоне концентраций. Наиболее мощный взрыв происходит при стехиометрическом соотношении компонентов, то есть когда пропан и кислород вступают в реакцию без остатка. Однако взрывоопасным является целый диапазон соотношений.

Найдем сначала стехиометрическое соотношение.

Дано:

Уравнение реакции: $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

Объемная доля кислорода в воздухе, $\phi(O_2) \approx 21\% = 0.21$

Найти:

Стехиометрическое объемное соотношение $V(C_3H_8) : V(\text{воздуха})$

Решение:

1. Из уравнения реакции видно, что для сжигания 1 моль пропана требуется 5 моль кислорода. Согласно закону Авогадро, для газов при одинаковых условиях соотношение объемов равно соотношению их количеств (в молях). Следовательно, для сжигания 1 объема пропана требуется 5 объемов кислорода.

$V(C_3H_8) : V(O_2) = 1 : 5$

2. Воздух — это смесь газов, в которой кислород составляет примерно 21% по объему. Чтобы определить, какой объем воздуха содержит 5 объемов кислорода, выполним расчет:

$V(\text{воздуха}) = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)} = \frac{5}{0.21} \approx 23.8$

3. Таким образом, стехиометрическое соотношение объемов пропана и воздуха составляет примерно $1 : 23.8$. Смесь с таким соотношением является наиболее взрывоопасной.

На практике взрыв возможен в более широком диапазоне, который называется концентрационными пределами воспламенения (взрываемости). Для пропано-воздушной смеси этот диапазон следующий:

- Нижний предел: 2.1% пропана в смеси.

- Верхний предел: 9.5% пропана в смеси.

Это означает, что любая смесь, где объемная доля пропана составляет от 2.1% до 9.5%, является взрывоопасной.

Соотношение 1:23.8 соответствует концентрации пропана $\frac{1}{1+23.8} \times 100\% \approx 4.03\%$, что находится внутри этого диапазона.

Ответ: Взрывоопасной является смесь, в которой объемная доля пропана в воздухе составляет от 2.1% до 9.5%. Это соответствует диапазону объемных соотношений пропан:воздух от $1:46.6$ (бедные смеси) до $1:9.5$ (богатые смеси). Наиболее сильный взрыв происходит при стехиометрическом соотношении, близком к $1:24$.