Химия
8 класс
Вопрос
При нагревании выше $350^{\circ} С$ этилен подвергли пиролизу, в результате чего образовались метан и ацетилен. Тепловой эффект этой реакции равен 12 ккал/моль. Пробу смеси газов, полученную в результате частичного пиролиза этилена, сожгли, определив выделившееся при этом тепло. Было подсчитано, что если бы исследуемая проба состояла из чистого этилена, то при ее сгорании выделилось бы на 0,3 ккал больше; если же в состав смеси входили бы только продукты пиролиза, то при сгорании выделилось бы на 1,2 ккал меньше.
Вычислите:
а) состав исследуемой смеси газов (в процентах по массе и объему);
б) массу и объем исследуемой пробы газовой смеси при и 1 атм;
в) количество тепла, выделившегося при сгорании анализируемой пробы;
г) степень превращения этилена в газы пиролиза.
При вычислениях принимать теплоту сгорания метана, равной 212 ккал/моль и ацетилена 310 ккал/моль.
Ответ
$3C_2H_4 = 2CH_4 + 2C_2H_2 + Q$,
$2CH_4 + 4O_2 = 2CO_2 + 4H_2O + 2Q_1$,
$2C_2H_2 + 5O_2 - 4CO_2 + 2H_2O + 2Q_2$,
$3C_2H_4 + 9O_2 = 6CO_2 + 6H_2O + 3Q_3$,
$3Q + 2Q_1 + 2Q_2 + 3Q_3 = 0$,
$3Q_3 = 2Q_1 + 2Q_2 + 3Q$,
$Q_3 = Q + \frac{2Q_1 + 2Q_2}{3}$,
$Q_1 = - 212$ ккал,
$Q_2 = - 310$ ккал.
Теплота сгорания этилена равна
$Q_3 = (+12) + \frac {2 (-212 - 310)}{3} = - 336$ ккал/моль.
Обозначим число молей в пробе смеси через $у$, число молей метана, равное числу молей ацетилена, через $x$; тогда число молей неразложившегося этилена будет равно $(y-2x)$.
Состав проб в трех случаях, рассмотренных в условии задачи, можно представить в виде таблицы.
$y \cdot Q_3 + 0,3 = \frac{y}{2} (Q_1 + Q_2) - 1,2$,
$y \cdot Q_3 - \frac{y}{2} (Q_1 + Q_2) = -1,5$,
$(2Q_3 - Q_2 - Q_1)y = -3$,
$y = \frac {-3}{2Q_3 - Q_2 - Q_1}y = -3$,
$y = \frac {-3}{2Q_3 - Q_2 - Q_1}$,
$y = \frac {-3}{-672 +212 + 310} = 3/150 = 0,02$ моля,
$(y - 2x) \cdot Q_3 + xQ_2 + xQ_1 = yQ_3 + 0,3$,
$yQ_3 - 2xQ_3 + (Q_1 + Q_2)x - yQ_3 = 0,3$,
$(Q_1 + Q_2 - 2Q_3)x = 0,3$,
$x = \frac{0,3}{Q_1 + Q_2 - 2Q_3} = 0,002$ моля.
Отобранный образец содержит
$y - 2x = 0,02 - 0,004 = 0,016$ молей этилена массой $0,016 \cdot 28 = 0,448$ г,
$x = 0,002$ моля ацетилена массой $0,002 \cdot 26 = 0,052$ г,
$x = 0,002$ моля метана массой $0,002 \cdot 16 = 0,032$ г.
Масса всей пробы равна $0,448 + 0,052 + 0,032 = 0,532$ г.