Номер 1243, страница 191 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1243. Рассчитайте объёмную долю оксида углерода(IV) в составе газа, имеющего температуру 120 °C, который образуется при разложении карбоната аммония.

Дано:

Температура газовой смеси $t = 120 \text{ °C}$

$T = 120 + 273.15 = 393.15 \text{ K}$

Найти:

Объёмную долю оксида углерода(IV) $\varphi(\text{CO}_2)$

Решение:

Для решения задачи необходимо сначала записать уравнение реакции термического разложения карбоната аммония $((\text{NH}_4)_2\text{CO}_3)$. При нагревании это соединение разлагается на аммиак $(\text{NH}_3)$, оксид углерода(IV) $(\text{CO}_2)$ и воду $(\text{H}_2\text{O})$.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$(\text{NH}_4)_2\text{CO}_3 \xrightarrow{t^\circ} 2\text{NH}_3\text{(г)} + \text{CO}_2\text{(г)} + \text{H}_2\text{O}\text{(г)}$

В условии указано, что температура образовавшегося газа составляет $120 \text{ °C}$. Поскольку эта температура выше температуры кипения воды $(100 \text{ °C}$ при нормальном давлении), все три продукта реакции находятся в газообразном состоянии и образуют газовую смесь.

Объёмная доля $(\varphi)$ компонента в идеальной газовой смеси равна его мольной доле $(\chi)$. Это следует из закона Авогадро, согласно которому при одинаковых температуре и давлении равные количества вещества любых газов занимают одинаковые объёмы.

$\varphi(\text{CO}_2) = \frac{V(\text{CO}_2)}{V(\text{смеси})} = \frac{n(\text{CO}_2)}{n(\text{смеси})}$

Из стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции следует, что при разложении любого количества карбоната аммония образуется 2 части аммиака, 1 часть оксида углерода(IV) и 1 часть водяного пара. Таким образом, соотношение количеств веществ в газовой смеси постоянно:

$n(\text{NH}_3) : n(\text{CO}_2) : n(\text{H}_2\text{O}) = 2 : 1 : 1$

Найдём общее количество вещества (в мольных частях) в газовой смеси, сложив количества всех компонентов:

$n(\text{смеси}) = n(\text{NH}_3) + n(\text{CO}_2) + n(\text{H}_2\text{O}) = 2 + 1 + 1 = 4$ части

Теперь можно рассчитать объёмную долю оксида углерода(IV):

$\varphi(\text{CO}_2) = \frac{n(\text{CO}_2)}{n(\text{смеси})} = \frac{1 \text{ часть}}{4 \text{ части}} = 0.25$

Чтобы выразить объёмную долю в процентах, умножим полученное значение на 100%:

$\varphi(\text{CO}_2) = 0.25 \cdot 100\% = 25\%$

Ответ: объёмная доля оксида углерода(IV) в газовой смеси, образующейся при разложении карбоната аммония, составляет 0.25 или 25%.