Номер 1389, страница 215 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1389. Смесь, состоящую из оксида кальция массой 11,2 г и кокса массой 8,00 г, прокалили при высокой температуре. Массовая доля углерода в составе кокса равна 96,0 %.

В результате реакции получили карбид кальция и оксид углерода(II). Затем полученный продукт обработали избытком воды. Рассчитайте объём (н. у.) выделившегося газа, если его выход равен 94,6 %.

Дано:

$m(CaO) = 11,2 \text{ г}$

$m(\text{кокса}) = 8,00 \text{ г}$

$\omega(C) = 96,0 \% = 0,960$

$\eta(C_2H_2) = 94,6 \% = 0,946$

Найти:

$V(C_2H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнения химических реакций, описанных в задаче.

Первая реакция — прокаливание оксида кальция с коксом (углеродом) с образованием карбида кальция и угарного газа (оксида углерода(II)):

$CaO + 3C \xrightarrow{t} CaC_2 + CO$ (1)

Вторая реакция — обработка полученного продукта (карбида кальция) избытком воды с выделением ацетилена:

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2\uparrow$ (2)

2. Рассчитаем массу чистого углерода в коксе:

$m(C) = m(\text{кокса}) \cdot \omega(C) = 8,00 \text{ г} \cdot 0,960 = 7,68 \text{ г}$

3. Найдем количество вещества (в молях) исходных реагентов для первой реакции. Молярные массы: $M(CaO) = 40 + 16 = 56 \text{ г/моль}$; $M(C) = 12 \text{ г/моль}$.

$n(CaO) = \frac{m(CaO)}{M(CaO)} = \frac{11,2 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{7,68 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} = 0,64 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов в реакции (1) находится в недостатке. По уравнению реакции, на 1 моль $CaO$ расходуется 3 моль $C$.

Сравним соотношения количеств веществ к их стехиометрическим коэффициентам:

Для $CaO$: $\frac{n(CaO)}{1} = \frac{0,2}{1} = 0,2 \text{ моль}$

Для $C$: $\frac{n(C)}{3} = \frac{0,64}{3} \approx 0,213 \text{ моль}$

Поскольку $0,2 < 0,213$, оксид кальция ($CaO$) находится в недостатке. Дальнейшие расчеты будем вести по $CaO$.

5. По уравнению реакции (1) найдем теоретическое количество вещества карбида кальция ($CaC_2$), которое может образоваться. Соотношение $n(CaO) : n(CaC_2) = 1 : 1$.

$n_{теор}(CaC_2) = n(CaO) = 0,2 \text{ моль}$

6. По уравнению реакции (2) найдем теоретическое количество вещества ацетилена ($C_2H_2$), которое выделится при реакции полученного карбида кальция с водой. Вода взята в избытке, поэтому расчет ведем по карбиду кальция. Соотношение $n(CaC_2) : n(C_2H_2) = 1 : 1$.

$n_{теор}(C_2H_2) = n_{теор}(CaC_2) = 0,2 \text{ моль}$

7. Рассчитаем практическое количество вещества ацетилена с учетом заданного выхода реакции:

$n_{практ}(C_2H_2) = n_{теор}(C_2H_2) \cdot \eta(C_2H_2) = 0,2 \text{ моль} \cdot 0,946 = 0,1892 \text{ моль}$

8. Вычислим объем выделившегося газа (ацетилена) при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$V(C_2H_2) = n_{практ}(C_2H_2) \cdot V_m = 0,1892 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 4,23808 \text{ л}$

Округляя до трех значащих цифр (в соответствии с данными задачи), получаем $4,24 \text{ л}$.

Ответ: объем выделившегося газа равен $4,24 \text{ л}$.