Номер 4, страница 62 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

4. Напишите уравнение реакции горения бутана в избытке кислорода. Какой объём (н. у.) углекислого газа образуется при сжигании 1 моль бутана?

$2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O$

Дано:

Количество вещества бутана: $n(\text{C₄H₁₀}) = 1 \text{ моль}$

Условия: нормальные (н.у.)

Молярный объем газа при н.у.: $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Найти:

$V(\text{CO₂})$ - ?

Решение:

1. Написание уравнения реакции.

Горение бутана ($C_4H_{10}$) в избытке кислорода является реакцией полного окисления, в результате которой образуются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Сначала запишем схему реакции:

$C_4H_{10} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

Далее необходимо уравнять количество атомов каждого элемента в левой и правой частях (подобрать стехиометрические коэффициенты):

а) Углерод (C): в левой части 4 атома, значит в правой части перед $CO_2$ ставим коэффициент 4.

$C_4H_{10} + O_2 \rightarrow 4CO_2 + H_2O$

б) Водород (H): в левой части 10 атомов, значит в правой части перед $H_2O$ ставим коэффициент 5 (поскольку $5 \times 2 = 10$).

$C_4H_{10} + O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O$

в) Кислород (O): теперь посчитаем количество атомов кислорода в правой части: в $4CO_2$ их $4 \times 2 = 8$, а в $5H_2O$ их 5. Всего $8 + 5 = 13$ атомов. Чтобы в левой части тоже было 13 атомов кислорода, перед $O_2$ нужно поставить дробный коэффициент $\frac{13}{2}$.

$C_4H_{10} + \frac{13}{2}O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O$

г) Целочисленные коэффициенты: чтобы избавиться от дроби, умножим все коэффициенты в уравнении на 2.

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:

$2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O$

2. Расчет объема углекислого газа.

Из уравнения реакции следует, что при сгорании 2 моль бутана образуется 8 моль углекислого газа. Найдем, какое количество вещества $CO_2$ образуется при сжигании 1 моль бутана. Для этого составим пропорцию на основе стехиометрических коэффициентов:

$\frac{n(\text{C₄H₁₀})}{2} = \frac{n(\text{CO₂})}{8}$

Выразим количество вещества углекислого газа $n(\text{CO₂})$:

$n(\text{CO₂}) = \frac{8 \times n(\text{C₄H₁₀})}{2} = 4 \times n(\text{C₄H₁₀})$

Подставим известное из условия количество вещества бутана:

$n(\text{CO₂}) = 4 \times 1 \text{ моль} = 4 \text{ моль}$

Теперь можно рассчитать объем углекислого газа при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем любого идеального газа при н.у. ($V_m$) равен 22,4 л/моль. Объем ($V$) находится по формуле:

$V = n \times V_m$

$V(\text{CO₂}) = n(\text{CO₂}) \times V_m = 4 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 89,6 \text{ л}$

Ответ: уравнение реакции горения бутана: $2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O$; объем углекислого газа, который образуется при сжигании 1 моль бутана, составляет 89,6 л (н.у.).