Вычисление объема газообразной воды, образованной при взаимодействии водорода с кислородом

Во многих вариантах раздела «В10» встречалась следующая задача, требующая некоторых пояснений.

Задача 49.
Объем паров воды, образовавшихся при взаимодействии 3 л Н₂ и 2 л О₂, равен ... л (запишите число с точностью до целых).

На первый взгляд, данная задача ничем не отличается от задач про горение этана других органических веществ. Но при реакции водорода с кислородом образуется вода.

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

При условиях проведения реакции, когда выделяется большое количество теплоты и температура довольно высока, вода действительно находится в газообразном состоянии. Но условия (давление и температура), в которых она находится в момент образования, отличаются от условий, при которых измерены объемы исходных веществ. Поэтому для вычисления объема с использованием закона объемных отношений воду необходимо привести к условиям измерения объемов Н₂ и О₂, а это может послужить причиной ее конденсации.

Решая данную задачу в условиях экзамена, необходимо считать, что исходные объемы Н₂ и О₂ измерены в таких условиях, в которых вода находится в газообразном состоянии и после реакции всю систему вновь приводят к исходным условиям. Только при таком предположении можно вести расчет по закону объемных отношений.
Применительно к величинам объемов Н₂ и О₂, указанным в условии, задача решается следующим образом.

1. Определяем, какое из исходных веществ дано в недостатке. Так как и водород, и кислород являются газами, для них применим закон объемных отношений:

 Согласно уравнению реакции, получим:

Следовательно, для полного расходования обоих газов объем кислорода должен быть в 2 раза меньше объема водорода.

По условию задачи

Следовательно, водород дан в недостатке. По нему ведем дальнейший расчет.

2. Считая, что вся вода находится в газообразном состоянии при тех же условиях, что и исходные газы, находим ее объем.

Вновь используем закон объемных отношений:

Ответ: V(H₂O(газ))  = 3 л.

Задачи на закон объемных отношений:
1. Вычисление объема газа
2. Сгорание ацетилена
3. Горение этана