Методический материал на тему: «Вычисление объемных отношений газов»

Методический материал на тему:  «Вычисление объемных отношений газов» При решении задач этого типа нужно помнить закон объемных отношений  объемы   реагирующих   и   образующихся   газов газообразных   веществ: пропорциональны количествам этих веществ: V1 : V2 = ν1 : ν2. Количества   веществ   –   это   стехиометрические   коэффициенты,   стоящие перед ними в уравнениях реакций. П р и м е р 1. Вычислите объем кислорода, необходимый для окисления метиламина объемом 5 л. х л Решение. 5 л 4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 10H2O + 2N2 4 моль Если V (CH3NH2) : V(O2) = ν(CH3NH2) : ν(O2), 9 моль  x  95  4 (25,11 л). то 5 : х = 4 : 9  П р и м е р  2. К смеси метана и азота объемом 50 мл прибавили кислород объемом 100 мл. После сгорания метана и охлаждения продуктов реакции до исходной   температуры   объем   газовой   смеси   составил   78 мл.   Определите объемную долю (%) метана и азота в исходной смеси. Решение. С п о с о б  1. 1. Находим начальный объем газовой смеси: V нач. (смеси) = V (CH4, N2) + V (O2) = 50 + 100 = 150 (мл). 2. Определяем изменение объема газовой смеси, вытекающее из условия задачи (∆ V усл.): ∆ V (усл.) = V нач. (смеси) – V (конечн.) = 150 – 78 = 72 (мл). 3. Определяем изменение объема газовой смеси, вытекающее из уравнения реакции (∆ V (по уравн.)): CH4 (г) + 2O2 (г) = СO2 (г) + 2Н2О (ж) 3 объема      1 объем Допустим, что в исходной смеси содержался метан объемом 1 мл; тогда, по закону объемных отношений, в реакцию с ним вступил кислород объемом 2 мл, а в результате реакции выделился оксид углерода (IV) объемом 1 мл. Отсюда: ∆ V (по уравн.) = 1 + 2 – 1 = 2 (мл). 4. Вычисляем объем метана в смеси: При сгорании 1 мл СН4 произошло изменение объема на 2 мл ­­«­­ х мл СН4 мл1 (СН мл2 4 ) ­­«­­ мл x  72 4 (СН мл на 72 мл  ) 172 2  x ,  ).мл(36 то есть  5. Находим объем азота в смеси: V (N2) = V (CH4, N2) – V (CH4) = 50 – 36 = 14 (мл). 6. Определяем объемные доли метана и азота в исходной смеси: φ (СН4) =  )CH(V 4  )N,CH(V 2 36 50  = 0,72, или 72 %; 4 )N(V 2  14 50 4 )N,CH(V 2  = 0,28, или 28 %; φ (N2) =  С п о с о б   2 (алгебраический):  конечный объем газовой смеси равен начальному   объему   минус   объемы   прореагировавших   газообразных веществ   плюс   объемы   газообразных   веществ,   образующихся   в результате реакции. V (конечн.) = V (нач.) – V (прореаг.) + V (образ.) 1. Рассчитываем начальный объем газовой смеси: V нач. (смеси) = V (CH4, N2) + V (O2) = 50 + 100 = 150 (мл). 2. Из двух газов (CH4 и N2) горит только метан: СН4 (г) + 2О2 (г) = СО2 (г) + 2Н2О (ж) 3. Вычисляем объем метана в смеси. Допустим, что в исходной смеси содержалось  х мл СН4, тогда, по закону объемных отношений на реакцию с ним израсходовалось 2 х мл кислорода, а в результате реакции образовалось х мл СО2. Отсюда: V (конечн.) = V нач. (смеси) – V (прореаг.) + V (образ.) 78 = 150 – V (CH4) – V (O2) + V (СО2) = 150 – х – 2х + х; 2 х = 72; х = 36 (мл). 4. Находим объем азота в смеси: V (N2) = V (CH4, N2) – V(CH4) = 50 – 36 = 14 (мл). Затем   определяем   объемные   доли   газов   в   исходной   смеси   аналогично способу 1. Реши самостоятельно: 1. Вычислите, какой объем кислорода потребуется и какой объем азота образуется при сжигании аммиака объемом 2 л в отсутствие катализатора. (V(O2) = 1,5 л; V(N2) = 1 л.) 2. Вычислите, какой объем оксида углерода (IV) образуется при сгорании 2 л бутана. (8 л.) 3. При синтезе аммиака израсходовано 22,4 м3 азота. Какой объем аммиака образуется при этом? (44,8 м3.) 4. Определите, какой объем воздуха потребуется для обжига FeS2, чтобы получить 1000 м3 диоксида серы. (6550 м3; уравнение реакции: 4FeS2 + 11O2 = 2FeO3 + 8SO2.) 5. Вычислите, какой объем воздуха потребуется для сжигания 1 м3  газа, имеющего следующий состав по объему: 50 % Н2; 35 % СН4; 8 % СО; 2 % С2Н4 и 5 % негорючих примесей. (5,0 м3.) 6. При пропускании над катализатором смеси, состоящей из 10 моль SO2 и 15 моль О2, образовалось 8 моль SO3. Сколько моль SO2  и О2  не вступило в реакцию? (2 моль SO2 и 11 моль О2.) 7. Смесь, состоявшая из трех объемов хлора и одного объема водорода, была   оставлена   в   закрытом   сосуде   на   рассеянном   свету   при   постоянной температуре. Через некоторое время содержание хлора уменьшилось на 20 %. Изменилось ли давление в сосуде? Определите процентный состав смеси (по объему) после реакции. (Не изменилось; 60 % Cℓ2; 30 % HC ; 10  % H2.) ℓ 8.   При   пропускании   смеси   равных   объемов   азота   и   водорода   через контактный аппарат в аммиак превращается 12 % азота. Определите состав в мольных долях газовой смеси, которая выходит из контактного аппарата. (0,5 N2; 0,364 H2; 136 NH3.) 9.  При  пропускании  смеси  равных  объемов SO2  и О2  через   контактный аппарат   90 %   молекул   SO2  превращается   в   SO3.   Определите   состав   (в процентах  по объему) газовой смеси, выходящей  из контактного аппарата. (58 % SO3; 35,5 % О2; 6,5 % SO2.) 10. После взрыва 0,02 л смеси водорода с кислородом осталось 0,0032 л кислорода. Вычислите объемные доли газов в исходной смеси. (44 % О2; 56 % Н2.) 11.   Вычислите,   какие   объемы   водорода   и   кислорода   должны прореагировать, чтобы образовалась вода массой 1 г. (1244 мл Н2; 622 мл О2.) 12. Определите, увеличится или останется неизменным объем газов при сжигании   серы   в   кислороде.   Изменения   объема   газов   до   и   после   реакции произведены при одинаковых условиях. (Останется неизменным.) 13. Вычислите, во сколько раз объем кислорода, вступающего в реакцию при окислении сероводорода до оксида серы (IV) и воды, превышает объем сероводорода. (В 1,5 раза.) 14.   Рассчитайте,   в   каком   объемном   отношении   (н. у.)   следует   смешать метан и оксид углерода (II), чтобы для полного сгорания (до оксида углерода (IV)   и   воды)   любого   объема   этой   смеси   расходовался   такой   же   объем кислорода. (СН4 : СО = 1 : 2.) 15.   После   облучения   смеси   хлора   и   оксида   углерода   (II)   объемом   5 л ультрафиолетовым светом остался непрореагировавший хлор объемом 0,6 л. Вычислите объемные доли (%) газов в исходной смеси. (56 % Cℓ2; 44 % СО; уравнение реакции: СО + Cℓ2 = СОCℓ2 (фосген).) 16.   Объем   смеси   оксида   углерода   (II)   и   кислорода   составляет   170 мл. После сжигания оксида углерода (II) объем уменьшился на 50 мл. Определите объемный состав исходной смеси. (100 мл СО и 70 мл О2.) 17.   При   сжигании   водорода   в   замкнутой   системе   в   избытке   кислорода объем газовой смеси после охлаждения до прежней температуры сократился на 27 мл. Определите исходный объем водорода. (18 мл.) 18.   В   двух   емкостях   объемом   7 л   и   4 л   находятся   соответственно газообразные кислород и оксид азота (II). Емкости соединили тонкой трубкой, а   газы   перемешали.   Определите   объемные   доли   (%)   газов   после   реакции. (55,56 % О2; 44,44 % NO2.) 19. При нагревании смеси оксида углерода (IV), азота объемом 150 мл и углерода   в   замкнутой   системе   объем   газовой   смеси   после   охлаждения   до прежней   температуры   увеличился   на   50 мл.   Определите   объемный   состав исходной газовой смеси. (50 мл СО2; 100 мл N2.) 20. Смесь, содержащую хлороводород объемом 5 л и азот объемом 5 л, перемешали при н. у. с аммиаком объемом 4 л. Определите объемную долю (%) газов после реакции. (83,33 % N2; 16,67 % HCℓ.) 21. Смесь оксида углерода (II) и кислорода занимала объем 500 мл. После сжигания оксида углерода (II) и охлаждения продуктов реакции до исходной температуры   объем   газовой   смеси   составил   350 мл.   Определите   мольную долю оксида углерода (II) в исходной смеси. (0,6.) 22. К смеси метана и этана объемом 150 мл прибавили кислород объемом 400 мл.   Смесь   подожгли.   После   конденсации   воды   объем   смеси   оказался равным 225 мл. Вычислите объемную долю (%) этана в смеси. (33 %.) 23. В каком объемном отношении (н. у.) следует взять углеводороды этан и  этилен, чтобы газ, выделившийся при термическом разложении этана на  элементы, полностью поглотился при определенных условиях этиленом?  (С2Н6 : С2Н4 = 1 : 3.)6 : С2Н4 = 1 : 3.)