Химия
8 класс
Вопрос
В цилиндре двигателя емкостью 500 мл находится 0 3103 г смеси окиси углерода и водорода при температуре $22^{\circ} С$ и давлении 1 атм.
а. Сколько граммов каждого из этих газов содержит смесь?
б. Каков процентный состав смеси (по массе)?
в. Чему равно парциальное (собственное) давление каждого из газов?
г. Каков процентный состав смеси (по объему)? Определите на основе таблиц, соответствует ли он действительному процентному составу водяного газа, предусмотренному условиями технического применения.
д. Какое количество воздуха необходимо использовать при указанных условиях, чтобы обеспечить полное сгорание смеси?
Ответ
При нормальных условиях газовая смесь будет занимать объем (давление равно 1 атм)
$V_0 = \frac{V_1T_0}{T_1} = \frac{500 \cdot 273}{295} = 462,71$ мл.
Ее средняя молекулярная масса $\bar {M} = (NULL,3103 \cdot 22410)/462,71 = 15,02$. с другой стороны, $\bar {M} = 28x + 2 (1 - x) = 15,02$, где $x$ - количество молей $H_2$ в смеси. Для газов мольные отношения совпадают с объемными. Из приведенного уравнения находим $x = 0,5$, т. е. в смеси содержится 50 % окиси углерода и 50 % водорода (по объему).
Соответственно с указанным составом парциальные давления газов также будут одинаковы и равны 0,5 атм.
В 15 г смеси (1 моль) содержится 1 г $H_2$ и 14 г $CO$,
в 0,3103 г смеси - $x$ г $H_2$ и $у$ г $CO$,
$x = \frac{1 \cdot 0,3103}{15} = 0,0207$ г $H_2$,
$y = \frac{0,3103 \cdot 14}{15} = 0,2896$ г $CO$.
Эти величины, выраженные в процентах, составят соответственно
$\frac{0,0207 \cdot 100}{0,3103} = 6,67$ % $H_2$ и $\frac{0,2896 \cdot 100}{0,3103} = 93,33$ % $CO$ (по массе).
$2H_2 + O_2 = 2H_2O$
$2CO + O_2 = 2CO_2$
При сгорании каждого из названных газов расходуется одинаковый объем кислорода, поэтому на сжигание любого объема указанной смеси пойдет вдвое меньший объем кислорода, т. е. для сжигания 462,7 мл указанной смеси необходимо затратить 231,35 мл кислорода; если считать, что в воздухе содержится 21 % кислорода, то объем воздуха будет равен $231,35 : 0,21 = 1102$ мл (условия нормальные).