Номер 209, страница 57 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

209. В химических лабораториях для поглощения газов жидкостями используется поглотитель Петри (рис. 14). После пропускания смеси этана и этилена объемом $3,0 \text{ дм}^3$ (н. у.) через поглотитель Петри, заполненный бромной водой (избыток), масса поглотителя увеличилась на 3,0 г. Определите объемную долю этана в первоначальной смеси.

Рис. 14

Дано:

$V_{смеси}(C_2H_6 + C_2H_4) = 3,0 \, \text{дм}^3$ (н.у.)

$\Delta m_{поглотителя} = 3,0 \, \text{г}$

$V_m = 22,4 \, \text{дм}^3/\text{моль}$ (молярный объем газа при н.у.)

$V_{смеси} = 3,0 \, \text{дм}^3 = 3,0 \cdot 10^{-3} \, \text{м}^3$
$\Delta m_{поглотителя} = 3,0 \, \text{г} = 3,0 \cdot 10^{-3} \, \text{кг}$

Найти:

$\phi(C_2H_6) - ?$

Решение:

Смесь газов, состоящую из этана ($C_2H_6$) и этилена ($C_2H_4$), пропускают через поглотитель с бромной водой ($Br_2$). Этилен, как представитель непредельных углеводородов (алкенов), вступает в реакцию присоединения с бромом, обесцвечивая бромную воду. Этан, будучи предельным углеводородом (алканом), в данную реакцию не вступает и проходит через поглотитель без изменений.

Уравнение реакции этилена с бромом:

$C_2H_4 + Br_2 \rightarrow C_2H_4Br_2$

Увеличение массы поглотителя происходит за счет поглощенного этилена, который прореагировал с бромом. Таким образом, масса этилена в смеси составляет 3,0 г.

$m(C_2H_4) = \Delta m_{поглотителя} = 3,0 \, \text{г}$

Зная массу этилена, можно найти его количество вещества (n). Для этого сначала рассчитаем молярную массу этилена ($M$).

$M(C_2H_4) = 2 \cdot A_r(C) + 4 \cdot A_r(H) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28 \, \text{г/моль}$

Теперь находим количество вещества этилена:

$n(C_2H_4) = \frac{m(C_2H_4)}{M(C_2H_4)} = \frac{3,0 \, \text{г}}{28 \, \text{г/моль}} \approx 0,1071 \, \text{моль}$

Поскольку объем газов дан для нормальных условий (н.у.), мы можем найти объем этилена в смеси, используя молярный объем газов при н.у. ($V_m = 22,4 \, \text{дм}^3/\text{моль}$).

$V(C_2H_4) = n(C_2H_4) \cdot V_m = 0,1071 \, \text{моль} \cdot 22,4 \, \text{дм}^3/\text{моль} \approx 2,4 \, \text{дм}^3$

Общий объем смеси является суммой объемов ее компонентов:

$V_{смеси} = V(C_2H_6) + V(C_2H_4)$

Отсюда находим объем этана:

$V(C_2H_6) = V_{смеси} - V(C_2H_4) = 3,0 \, \text{дм}^3 - 2,4 \, \text{дм}^3 = 0,6 \, \text{дм}^3$

Объемная доля ($\phi$) компонента в газовой смеси – это отношение объема данного компонента к общему объему смеси. Рассчитаем объемную долю этана:

$\phi(C_2H_6) = \frac{V(C_2H_6)}{V_{смеси}} = \frac{0,6 \, \text{дм}^3}{3,0 \, \text{дм}^3} = 0,2$

Объемную долю также можно выразить в процентах, умножив на 100%.

$\phi(C_2H_6) = 0,2 \cdot 100\% = 20\%$

Ответ: объемная доля этана в первоначальной смеси составляет 0,2 или 20%.