Химия

8 класс
Вопрос
Проба смеси газов, полученной при конверсии метана водяным паром, имела объем 0,42 л при $25^{\circ} С$ и давлении 753 мм рт. ст. При сгорании этой пробы выделилось 1,138 ккал. Значения теплоты сгорания $CO, H_2$ и $CH_4$ при указанных условиях соответственно равны 26,4 ккал/моль, 68,3 ккал/моль и 212,8 ккал/моль. Вычислите степень конзерсии метана.
Ответ


Конверсия метана водяным паром происходит по уравнению

$\underset {1 \: моль (x)}{CH_4} + \underset {1 \: моль (x)}{H_2O} = \underset {1 \: моль (x)}{CO} + \underset {3 \: моля (3x)}{3H_2}$.

В смеси содержится $x + 3x = 4x$ молей смеси окиси углерода и водорода.

Во взятой пробе смеси газов при указанных условиях содержалось

$n = \frac{pV}{RT} = \frac {753 \cdot 0,42}{760 \cdot 0,082 \cdot 298} = 0,017$ моля газов.

На долю оставшегося метана (пары воды сконденсированы) приходится ($n - 4x$) молей. Количество молей метана, которые были взяты для конверсии, определяется из соотношения $x + (n - 4 \cdot x) = n - 3 x$, а степень конверсии равна $\frac{x}{n - 3x}$.

Вычислим количество тепла, выделившегося при сгорании смеси:

$CO + 0,5 O_2 = CO_2 + Q_1, Q_1 = 26,4$ ккал/моль, смесь содержит $x$ молей $CO$, выделится $26,4 x$ ккал;
$H_2 + 0,5O_2 = H_2O + Q_2, Q_2 = 68,3$ ккал/моль, смесь содержит $3 x$ молей $H_2$, выделится $3 \cdot 68,3 x = 204,9 x$ ккал;
$CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O + Q_3$, $Q_3 = 212,8$ ккал/моль, смесь содержит $n - 4 x$ молей метана, выделится $212,8 (n - 4 x)$ ккал.

В общем итоге выделится

$26,4 x + 204,9 x + 212,8 (n - 4x) = 212,8 n - 619,9 x = 138$ ккал. Известно, что $n = 0,017$, тогда $212,8 - 0,017 - 619,9 x = 1,138$; $3,618 - 619,9 x = 1,138$; $619,9 x = 2,480$ и $x = 0,004$. Таким образом, в газовой смеси содержится 0,004 моля $CO$, 0,012 моля $H_2$, полученные из 0,004 моля $CH_4$ и 0,001 моля непрореагировавшего $CH_4$. Для проведения реакции было взято $0,004 + 0,001 = 0,005$ моля $CH_4$. Таким образом, степень конверсии

$P = \frac {0,004}{0,017 - 0,012} = 0,004/0,005 - 0,8$, т.е. 80 %.
8 класс Химия Средняя

Ещё по теме

Определите массовую долю примесей (в процентах) в составе технического образца хлорида алюминия, содержащего 18 г хлорида алюминия и 2 г примесей.
8 класс Химия Средняя
Смесь трех соседних гомологов, относящихся к некоторому гомологическому ряду углеводородов, содержит их в соотношении 6,57 %, 30,97 % и 62,46 % (по массе). Средняя молекулярная масса смеси равна 99. Определите: а) мольную долю каждого компонента в смеси, если известно, что эти доли составляют арифметическую прогрессию; б) молекулярную массу, молекулярные формулы и названия отдельных компонентов (предложите также структурные формулы возможных изомеров этих соединений), если известно, что углерод как элемент составляет 90,91 % массы смеси.
8 класс Химия Средняя
Навеску минерала энаргит массой 3,95 г подвергли обжигу в избытке кислорода. При обжиге получено 896 мл (н.у.) газа A с плотностью по водороду 32, а также 3,55 г смеси двух твердых продуктов Б и В. При обработке смеси Б и В разбавленным раствором гидроксида натрия вещество Б растворилось с образованием соли трехосновной кислоты. Молекула этой кислоты содержит 45,10% кислорода по массе. Нерастворившийся остаток представляет собой вещество В массой 2,40 г, оно растворимо в разбавленной серной кислоте с образованием голубого раствора. 1. Определите количественный состав (формулу) энаргита 2. Определите степени окисления входящих в его состав элементов. К какому классу соединений можно отнести этот минерал? 3. Напишите уравнения упомянутых реакций.
8 класс Химия Средняя
Колба заполнена сухим хлороводородом. Затем колбу заполнили водой, в которой полностью растворился хлороводород. Определите массовую долю (%) хлороводорода в полученном растворе.
8 класс Химия Средняя
После сожжения образца органического вещества массой 0,333 г получили 0,4884 г двуокиси углерода и 0,1998 г воды. Установите формулу и дайте названия органических соединений, которые могут иметь такую формулу, если известно, что молекулярная масса исследуемого органического вещества меньше 100 и оно не принадлежит ни к насыщенным, ни к циклическим соединениям.
8 класс Химия Средняя
При реакции металлического натрия с некоторым алкилиодидом получили углеводород, который затем смешали с избытком кислорода в отношении $1 : 6$ (объем смеси газов при нормальных условиях был равен 7 л). Полученную смесь сожгли в закрытом сосуде, причем после реакции при температуре $127^{\circ} С$ давление газов в сосуде оказалось равным 1190 мм рт. ст. Напишите формулы и дайте названия полученного углеводорода и алкилиодида, использованного для проведения реакции.
8 класс Химия Средняя
При действии избытка концентрированной серной кислоты на кристаллический хлорид натрия массой 11,7 г выделился хлороводород объемом 4 л (н.у.). Определите выход продукта (в процентах) реакции.
8 класс Химия Средняя
Для гидролиза 8,8 г этилового эфира неизвестной предельной одноосновной карбоновой кислоты было затрачено 4 г $NaOH$. Определите формулу неизвестной кислоты.
8 класс Химия Средняя
При сгорании 6 г этана выделилось 312 кДж. При сгорании 34,4 г смеси пентана и гептана выделилось 1680 кДж. Каково молярное соотношение пентана и гептана в смеси, если известно, что в гомологическом ряду алканов энтальпия сгорания увеличивается на 660 кДж на каждый моль $CH_{2}$-групп?
8 класс Химия Средняя
Объем газа, образовавшегося при полном разложении озона, больше объема, занимаемого чистым озоном на $4,48 дм^{3}$. Полученный после полного разложения озона газ смешали с $H_{2}S$ объемом $8,96 дм^{3}$ и сожгли. Продукты реакции растворили в $28,6 см^{3}$ раствора $NaOH$ с массовой долей 40 % ($\rho = 1,40 г/см^{3}$). Рассчитайте количество и состав полученной соли. Определите объем разложившегося озона.
8 класс Химия Средняя