Химия

8 класс

В автоклаве емкостью 100 л находится смесь газов

$CH_4, H_2, C_2H_4$ и избыточное для их сгорания количество кислорода. Начальное давление равно 2,710 атм. Смесь поджигают с помощью нагревательной спирали. После окончания реакции, когда температура падает до исходной, давление снижается до 1 атм. Продукты реакции удаляют из автоклава током азота, после чего они последовательно поглощаются безводным хлористым кальцием и баритовой водой. По изменению массы поглотителей установлено, что в продуктах сожжения содержится 3 моля двуокиси углерода и 6 молей воды. Вычислите: а) уменьшение объема газов после сгорания (в молях и литрах); б) начальное количество газов

$CH_4, H_2$ и

$C_2H_4$ в смеси (в молях) (при расчетах давление паров воды можно не принимать во внимание).

Представление об изменении мольного объема

$k$ можно использовать не только при реакции отдельных веществ, но и при реакции смесей веществ

$\Delta n = k = \frac{ \Delta p \cdot V}{RT}, k = \frac{1,710 \cdot 100}{0,082 \cdot 298} = 7$ молей,

$p_1 = 2,710$ атм;

$p_2 = 1$ атм;

$n = 7$ молей.

$\Delta p = p_1 - p_2 = 1,710$ атм - разность давлений в автоклаве до и после реакций;

$\Delta n$ - изменение числа молей газов в уравнении реакции;

$V = 100$ л - объем автоклава.

Объемное сжатие соответствует изменению объема в результате реакции, измеренному при тех же температуре и давлении. Объемное сжатие

$\Delta V$ можно вычислить по формуле

$p_1 \cdot \Delta V = nRT$ :

$\Delta V = \frac{ \Delta nRT}{p_1} = \frac{7 \cdot 0,082 \cdot 298}{2,710} = 63,1$ л.

Обозначим через

$x$ число молей

$H_2$ ,

$y$ - число молей

$CH_4$ и

$z$ - число молей

$C_2H_4$ в смеси до реакции.
При сжигании газов протекают следующие реакции:

$xH_2 + \frac{x}{2}O_2 = xH_2O$ (жидкость),

$k = \frac{3}{2}x$ ,

$yCH_4 + 2yO_2 = yCO_2 + 2yH_2O$ (жидкость),

$k = 2y$ ,

$C_2H_4 + 3zO_2 = 2zCO_2 + 2zH_2O$ (жидкость),

$k = 2z$ .

Мольное сжатие

$k_1$ , соответствующее результатам сгорания, равно сумме мольных сжатий отдельных реакций.

$k_1 = \frac{3}{2}x + 2y + 2z$ . (1)

Для определения состава смеси требуется составить систему алгебраических уравнений, связывающую неизвестные величины

$x$ ,

$y$ и

$z$ с количествами

$CO_2$ и

$H_2O$ после реакции.

$n_{CO_2} = 3$ ,

$n_{CO_2} = y + 2z$ (2)

$n_{H_2O} = 6$ ,