Розрахунки за законом об’ємних відношень газів

Задача 1.До суміші 2 л метану й ацетилену добавлено 2 л водню. Після того, як уся суміш була пропущена над нагрітим платиновим каталізатором, її об’єм зменшився до 3,2 л, а продукти реакції не містили ненасичених вуглеводнів. Визначити об’ємні частки вуглеводнів у вихідній суміші якщо всі об’єми газів виміряні за однакових умов.

Розв’язок

З воднем реагуватиме лише ацетилен.

НСºСН + 2Н₂ ® Н₃С–СН₃

Нехай об’єм водню, який вступив у реакцію становить х л. Об’єми газів відносяться як кількості їх речовин, тоді об’єм ацетилену в 2 рази менший від об’єму водню і становить 0,5х л. Об’єм етану теж становить 0,5х л.

0,5х + х – 0,5х = 2 л +2 л – 3,2 л

х = 0,8 л

Об’єм ацетилену у вихідній суміші становив 0,4 л. Тоді об’єм метану був рівним:

2 л – 0,4 л = 1,6 л

j =

j(СН₄) = = 0,8 або 80%

j(С₂Н₂) = = 0,2 або 20%

Задача 2.Спалили 42 мл суміші кисню і водню. Після реакції залишилося 6 мл кисню, що не прореагував. Визначте об’ємну частку кисню у вихідній суміші, якщо всі об’єми газів виміряні за однакових умов.

Розв’язок

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

Визначимо сумарний об’єм кисню і водню, які прореагували.

V(H₂) + V₁(O₂) = 42 мл – 6 мл = 36 мл

Водень і кисень реагують у співвідношенні 2 : 1 (за рівнянням реакції)

Тоді:

V(H₂) = = 24 мл

Об’єм кисню, що прореагував, у 2 рази менший від об’єму водню і становить 12 мл. Загальний об’єм кисню у вихідній суміші рівний:

V(O₂) = 12 мл + 6 мл = 18 мл.

j(О₂) =

j(О₂) = = 0,4286, або 43,86%

Задача 3.До 120 мл суміші водню і азоту (н.у.) додали 150 мл кисню і підпалили. Після закінчення реакції і приведення газів до початкових умов їх об’єм становив 225 мл. Визначте об’ємні частки газів у вихідній суміші.

Розв’язок

Азот за звичайних умов з киснем і воднем не реагує.

2H₂ + O₂ ® 2H₂O

Нехай об’єм кисню, що вступив у реакцію: V(O₂) = x

Тоді V(Н₂) = 2x

Якщо продукти реакції привели до початкових умов, то вода – рідина. Отже:

2х + х = (120 + 150) – 225 = 45

х = 15

Кисень у надлишку. Отже, весь водень прореагував.

V(Н₂) = 2×15 = 30 мл

V(N₂) = 120 – 30 = 90 мл

j(Н₂) = = 0,25 або 25%

j(N₂) = = 0,75 або 75%

Задача 4.До 400 мл суміші деякого вуглеводню з азотом додали 900 мл (надлишок) кисню і підпалили. Об’єм одержаної після згоряння суміші становив 1,4 л, а після конденсації парів води скоротився до 800 мл. Нове скорочення об’єму до 400 мл спостерігалося в результаті пропускання газів через розчин калій гідроксиду. Об’єми вимірювалися за однакових умов. Установіть формулу вуглеводню.

Розв’язок

СхHy + O₂ ® xCO₂ + H₂O

V(H₂O) = 1400 – 800 = 600 мл

Розчином калій гідроксиду поглинувся вуглекислий газ:

V(СО₂) = 800 – 400 = 400 мл

Залишилося 400 мл азоту та кисню, який не прореагував.

х = 400; = 600; = 700

Тоді об’єм кисню, який не прореагував:

V¢(O₂) = 900 – 700 = 200 мл

Тоді у вихідній суміші вуглеводню було:

V(СхHy) = 400 – 200 = 200 мл

Об’єми газів відносяться як кількості їх речовини.

n(СхHy):n(СО₂):n(Н₂О) = 200:400:600 = 2:4:6 = 1:2:3

n(С):n(Н) = 2:6

С₂Н₆ – етан

Задача 5.Для повного спалювання 1 л невідомого газу знадобилось 2 л кисню. У результаті реакції виділилось 1 л азоту та 2 л вуглекислого газу. Знайдіть формулу спаленої речовини.

Розв’язок

А – невідомий газ. Об’єми газів відносяться як кількості їх речовини:

А + 2О₂ = N₂ + 2CO₂

Отже, до складу газу А входили елементи Нітроген і Карбон. Враховуючи кількості атомів Нітрогену і Карбону після реакції та той факт, що в реакцію вступив 1 моль речовини А, виводимо формулу газу А – С₂N₂.

– диціан.

Задача 6.Суміш нітроген(ІІ) і нітроген(IV) оксидів об’ємом 5,6 л (н.у.) змішали з 2 л кисню. Потім гази пропустили через розчин, що містив 30 г калій гідроксиду. Аналіз газу (0,5 л при н.у.), що пройшов через розчин, показав, що це кисень. Визначити склад вихідної газової суміші в об’ємних процентах і обчисліть масові частки речовин у розчині (кінцева маса розчину 1 кг).

Розв’язок

2NO + O₂ = 2NO₂

4NO₂ + O₂ + 4KOH = 4KNO₃ + 2H₂O (1)

4NO + 3O₂ + 4KOH = 4KNO₃ + 2H₂O (2)

V(NO₂) = x; V₁(O₂) = 0,25x

V(NO) = y; V₂(O₂) = 0,75y

V(O₂) = 2 - 1,5 = 0,5 л

0,5x = 2,7; x = 5,4; y = 0,2

n(KNO₃) = n(NO) + n(NO₂) =

m(KNO₃) = 0,25·101 = 25,25 г

Задача 7.Обчисліть вміст метану в суміші з киснем, якщо відомо, що 36 мл газової суміші після спалювання метану зменшилась в об’ємі на 1,8 мл. Вважати, що пара води сконденсувалася повністю.

Розв’язок

x мл 2x x

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

x + 2x – x = 1,8

2x = 1,8

x = 0,9

, або 2,5%

Задача 8.Пропускаючи через надлишок розжареного вуглецю кисень, одержали 232 л газоподібних продуктів, виміряних при t=800°C i p=101,3 кПа. Густина одержаної суміші за воднем становила 17,2. Обчисліть об’єм кисню, що вступив у реакцію і склад (в % за об’ємом) утворених газів.

Розв’язок

C + O₂ ® CO₂ (1)

CO₂ + C ® 2CO (2)

Оскільки об’єм одержаних газоподібних продуктів виміряний при t=800°C i p=101,3 кПа, визначимо, який об’єм вони займатимуть за нормальних умов.

; л

Mr(сум.) = D_H2×Mr(H₂) = 17,2×2 = 34,4

Mr(сум.) = c₁×Mr₁ + c₂×Mr₂; c(CO₂) = x, c(CO) = (1-x)

34,4 = 44x + 28(1-x)

6,4 = 16x; x = 0,4. c(CO₂) = 0,4, c(CO) = 0,6

Для газів c=j. Отже, j(СО₂) = 40%, j(СО) = 60%

V(CO₂) = j×V(сум.) = 0,4×59,027 = 23,611 л

V(CO) = 0,6×59,027 = 35,416 л

За рівнянням (2) V₂(СO₂) = V(CO) = 17,708 л

V(CO₂) = 23,611 + 17,708 = 41,319 л

За рівнянням (1) V(O₂) = V(CO₂) = 41,319 л

Задача 9.Суміш оксидів нітрогену(ІІ) і (IV) об’ємом 5,6 л (н.у.) змішали з 2 л кисню. Потім гази пропустили через розчин, що містив 30 г калій гідроксиду. Аналіз газу (0,5 л при н.у.), що пройшов через розчин, показав, що це кисень. Визначити склад вихідної газової суміші в об’ємних процентах і обчисліть масові частки речовин у розчині (кінцева маса розчину 1 кг).

Розв’язок

2NO + O₂ = 2NO₂

4NO₂ + O₂ + 4KOH = 4KNO₃ + 2H₂O (1)

4NO + 3O₂ + 4KOH = 4KNO₃ + 2H₂O (2)

V(NO₂) = x; V₁(O₂) = 0,25x

V(NO) = y; V₂(O₂) = 0,75y

V(O₂) = 2 - 1,5 = 0,5 л

0,5x = 2,7; x = 5,4; y = 0,2

n(KNO₃) = n(NO) + n(NO₂) =

m(KNO₃) = 0,25·101 = 25,25 г

Задача 10.Об’єм суміші карбон(ІІ) оксиду з киснем становила 250 мл (н.у.). Після окиснення всього оксиду об’єм суміші виявився рівним 180 мл (н.у.). Одержану газову суміш пропустили в розчин, що містить 0,25 г натрій гідроксиду. Визначити склад (у % за об’ємом) вихідної суміші. Яка речовина утворилася в розчині після поглинання продуктів реакції? Відповідь підтвердити розрахунками.

Розв’язок

2CO + O₂ = 2CO₂

V₁(O₂) = 250-180 = 70

V(CO) = 2V(O₂) = 140

V(O₂) = 250-140 = 110

j(CO) =

j(O₂) =

n(CO₂) =

n(NaOH) =

n(CO₂) : n(NaOH) = 1 : 1

CO₂ + NaOH = NaHCO₃

Задача 11.У замкнутій посудині змішали водень, кисень і хлор. Густина отриманої газової суміші за азотом становила 0,4625. Відомо, що в суміші міститься в 14 раз більше водню, ніж хлору за об'ємом. Суміш газів зірвали і охолодили. Визначте масову частку кислоти в розчині, який виявили в посудині.

Розв’язання

Позначимо об'ємну частку (j) хлору через х.

Тоді: j(Cl₂) = х, j(H₂) = 14х, j(O₂) = 1 - 15х.

Середня молекулярна маса суміші:

M(суміші) = D×Mr(N₂) = 0,4625×28 = 12,95 г/моль.

Оскільки для газів об'ємна частка дорівнює мольній частці речовини, то:

Мr(сум.) = j(Cl₂)×Mr(Cl₂) + j(H₂)×Mr(Cl₂) + j(O₂)×Мr(O₂) = 71х + 28х + 32(1 - 15х)

Розв’язавши рівняння одержуємо: х = 0,05, звідси:

j(Cl₂) = 0,05, j(H₂) = 0,70, j(O₂) = 0,25.

Нехай кількість газів початкової суміші рівно 1 моль (задача може бути вирішена і в загальному вигляді без цього припущення), тоді:

n(Cl₂) = 0,05 моль, n(H₂) = 0,70 моль, n(O₂) = 0,25 моль.

При вибуху проходять наступні реакції:

H₂ + Cl₂ ® 2HCl

2H₂ + O₂ ® 2H₂O

На взаємодію з указаними кількостями хлору і кисню потрібно 0,55 моль водню, значить Н₂ – у надлишку, а обидва інших реагенти – у недостачі. Тоді:

n(HCl) = 2×0,05 = 0,1 моль, m(HCl) = 0,1×36,5 = 3,65 г.

n(H₂О) = 2×0,25 = 0,5 моль, m(HCl) = 0,5×18 = 9,00 г.

Маса розчину, що утворюється при розчиненні HCl:

m(р-ну) = 3,65 + 9,00 = 12,65 г.

W(HCl) = 3,65/12,65 = 0,29 (29%).

Здача 12.20 мл водяного газу (суміш СО₂, CO, H₂ і N₂) пропустили крізь розчин лугу. 19,2 мл газу, які залишилися, змішали в евдіометрі з 25 мл кисню і провели вибух. Після того, як в евдіометрі газова суміш набула попередньої температури і тиску, об’єм її дорівнював 25,2 мл. Потім утворену газову суміш знову пропустили крізь розчин лугу, від чого її об’єм зменшився на 8 мл. Обчислити процентний вміст газів за об’ємом.

Розв’язок

СO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

N₂ + O₂ = 2NO

2H₂ + O₂ = 2H₂O

2CO + O₂ = 2CO₂

V(CO₂) = 20-19,2 = 0,8 мл; j(СО₂) = =0,04

V(СO) = V₁(CO₂) = 8 мл; j(СО) = =0,4

V₁(O₂) = 4 мл

DV = 19,2+25-25,2 = 19 мл

V(H₂)+V₂(O₂) = 19-4 = 15 мл

V(H₂) = = 10 мл; j(Н₂) = =0,5

V(N₂) = 20 – (0,8+8+10) = 1,2 л; j(СО₂) = =0,06

Поиск по сайту: