Расчеты по химическим уравнениям с участием газовых смесей

 

Задача 8. 
Определите объем воздуха (н.у.) необходимый для полного сгорания 60 л (н.у.) метана (СН₄).
Дано:
объем (н.у.) сгоревшего метана: V(СН₄) = 60 л.
Найти:
объем (н.у.) расходовавшегося воздуха: V_возд. = ?
Решение:
Данных, представленных в условии, явно недостаточно для решения задачи. Нам необходимо дополнительно знать количественный состав воздуха¹.

В данном случае в реакции горения метана принимает участие только кислород. Все остальные компоненты представляют собой неактивные примеси. Записываем уравнение реакции: 

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Алгоритм решения можно представить следующим образом:

1. По уравнению горения определим объем кислорода, необходимого для сгорания 60 л метана.

Составим пропорцию:

для сгорания 60 л (СН₄) необходимо х л (О₂) (по условию)
для сгорания 22,4 л (СН₄) необходимо 44,8 л (О₂) (по уравнению)

Можно было также найти объем кислорода по закону объемных отношений.

2. Используя дополнительную информацию о содержании кислорода в воздухе, определяем объем воздуха:

Ответ: 571 л воздуха (н.у.) потребуется для полного сгорания 60 л (н.у.) метана.

---

Задача 9. 
Смесь азота и углекислого газа объемом 17,92 л (н.у.) пропустили через избыток раствора гидроксида калия. Определите массу образовавшейся соли, если относительная плотность исходной смеси газов по гелию была 9,5.
Дано:
объем газовой смеси: Vсмеси = 17,92 л;
относительная плотность смеси газов по гелию: D(Не) = 9,5.
Найти:
массу образовавшейся соли: mсоли = ?
Решение:
В данной смеси газов с гидроксидом калия взаимодействует только углекислый газ. Азот же является неактивной примесью. При избытке КОН в результате реакции получается средняя соль К₂СО₃:

CО₂ + 2КОН = К₂СО₃ + Н₂О

Для определения массы образовавшейся соли нам необходимо по относительной плотности смеси газов найти количество СО₂ в исходной смеси газов.

Алгоритм решения можно представить следующим образом:

1. Определим среднюю молярную массу смеси газов.

2. Определяем объемную долю СО₂ в смеси.

М_{средн. смеси} = М(СO₂) ^.  (СO₂) + M(N₂) ^.  (N₂)
 (N₂) = 1 –  (СО₂) (в долях от 1).
М_{средн. смеси} = М(СO₂) ^.  (СO₂) + M(N₂) ^. (1 –  (СО₂))

Подставляем все известные значения:

38 = 44  ^.  (СO₂+ 28(1 –  (СO₂))

Решая это уравнение, получим  (СO₂) = 0,625.

3. Используя значение общего объема смеси газов, определяем объем (СО₂).

 4. По уравнению реакции определяем массу полученной соли:

Составим пропорцию:

11,2л СО₂ дают х г К₂СO₃ (по данным условия)
22,4 л СО₂ дают 138 г К₂СО₃ (по уравнению)

Ответ: = m(К₂СО₃) = 69 г.

---

Комментарии:
¹ В условиях большинства задач с использованием воздуха его состав не указывается. Предполагается что решающий должен знать качественный и количественный состав воздуха либо хотя бы содержание в нем активного компонента, чаще всего кислорода.

---