Номер 1195, страница 186 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1195. При пропускании водяного пара над раскалённым углём получают так называемый водяной газ, представляющий собой смесь оксида углерода(II) и водорода. Рассчитайте относительную плотность водяного пара по воздуху.

Дано:

Водяной газ — смесь оксида углерода(II) (CO) и водорода (H₂).

Средняя молярная масса воздуха, $M(\text{возд.}) \approx 29$ г/моль.

В данной задаче величины представлены в стандартных единицах для химических расчетов, перевод в систему СИ не требуется.

Найти:

Относительную плотность водяного газа по воздуху — $D_{\text{возд.}}(\text{вод. газ})$.

Решение:

В условии задачи, вероятнее всего, допущена опечатка, и требуется найти относительную плотность не водяного пара, а полученного водяного газа, так как именно его состав и способ получения описываются в первой части.

1. Запишем уравнение реакции получения водяного газа при пропускании водяного пара ($H_2O$) над раскалённым углём (C):

$C + H_2O \xrightarrow{t^\circ} CO + H_2$

Из уравнения реакции следует, что оксид углерода(II) и водород образуются в равных мольных количествах, то есть их мольное соотношение в смеси 1:1. Это означает, что мольные доли каждого газа в смеси составляют 50% или 0,5.

$\chi(CO) = 0,5$

$\chi(H_2) = 0,5$

2. Рассчитаем молярные массы компонентов водяного газа, используя округленные значения относительных атомных масс: $Ar(C) = 12$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$.

Молярная масса оксида углерода(II):

$M(CO) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28$ г/моль

Молярная масса водорода:

$M(H_2) = 2 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 1 = 2$ г/моль

3. Средняя молярная масса газовой смеси ($M_{\text{ср.}}$) вычисляется по формуле: $M_{\text{ср.}} = \chi_1 \cdot M_1 + \chi_2 \cdot M_2 + \dots$

Вычислим среднюю молярную массу водяного газа:

$M(\text{вод. газ}) = \chi(CO) \cdot M(CO) + \chi(H_2) \cdot M(H_2)$

$M(\text{вод. газ}) = 0,5 \cdot 28 \text{ г/моль} + 0,5 \cdot 2 \text{ г/моль} = 14 + 1 = 15$ г/моль

4. Относительная плотность одного газа (или газовой смеси) по другому — это безразмерная величина, равная отношению их молярных масс. Рассчитаем относительную плотность водяного газа по воздуху, приняв среднюю молярную массу воздуха равной 29 г/моль.

$D_{\text{возд.}}(\text{вод. газ}) = \frac{M(\text{вод. газ})}{M(\text{возд.})}$

$D_{\text{возд.}}(\text{вод. газ}) = \frac{15 \text{ г/моль}}{29 \text{ г/моль}} \approx 0,517$

Ответ: относительная плотность водяного газа по воздуху составляет примерно 0,517.