Химия
8 класс
Вопрос
Было установлено, что для сжигания смеси метана и водорода необходимо использовать в пять раз больший объем воздуха. Газообразные продукты реакции после охлаждения встряхивали в сосуде с раствором гидрата окиси калия, при этом объем газовой смеси уменьшился на $\frac{1}{13}$ и остался чистый азот. Определите процентный состав метана и водорода в первоначальной смеси газов (считать, что воздух содержит 20 % кислорода).
Ответ
$CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O$, (1)
$2H_2 + O_2 = 2H_2O$, (2)
$CO_2 + 2KOH = K_2CO_3 + H_2O$. (3)
В $a$ объемах взятого воздуха содержится $\frac{4}{5} a$ азота. Из уравнения реакции 1 следует, что углекислый газ после Конденсации водяного пара занимает тот же объем, что и сгоревший метан. Обозначим содержание $CH_4$ (или $CO_2$) в смеси через $x$, а содержание водорода через $y$. Из условия задачи известно, что
$V_{CO_2} = \frac{1}{13} (V_{N_2} + V_{CO_2})$
или $x = \frac{1}{13} \left ( \frac{4}{5} \cdot a + x \right )$, следовательно,
$x = \frac{4a}{5 \cdot 12} = \frac{a}{15}$.
Процентное содержание метана в смеси определяется соотношением
$\frac{x \cdot 100}{x+y}$;
по условию задачи $x + y = \frac{1}{5a}$, откуда
$\frac{x}{x+y} = \frac{x}{ \frac{a}{5}} = \frac{5x}{a}$.
Таким образом, процентное содержание метана равно $\frac{5a \cdot 100}{15a} = 33,3$ %, а процентное содержание водорода $100 - 33,3 = 66,7$ %.