Номер 791, страница 140 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

791. Газообразную смесь аммиака и метана сожгли в необходимом количестве кислорода. Все продукты сгорания пропустили через колонку, заполненную гранулами оксида бария. На выходе из колонки было собрано 2,688 $дм^3$ (н. у.) простого газообразного вещества. После окончания эксперимента масса колонки увеличилась на 35,28 г.

a) Приведите уравнения реакций, протекающих в описанном эксперименте.

б) Какой объём (н. у.) имела исходная смесь газов?

а) Приведите уравнения реакций, протекающих в описанном эксперименте.

В ходе эксперимента протекают следующие реакции:

1. Сгорание аммиака и метана в кислороде. Продуктами сгорания являются азот ($N_2$), углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

$4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

2. Поглощение продуктов сгорания оксидом бария в колонке. Азот ($N_2$) — "простое газообразное вещество" — является инертным в данных условиях и проходит через колонку без изменений. Оксид бария ($BaO$) как основный оксид реагирует с водой и кислотным оксидом — углекислым газом.

$BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2$

$BaO + CO_2 \rightarrow BaCO_3$

Ответ:

$4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

$BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2$

$BaO + CO_2 \rightarrow BaCO_3$

б) Какой объём (н. у.) имела исходная смесь газов?

Дано:

$V(N_2) = 2,688 \text{ дм}^3$

$\Delta m_{колонки} = 35,28 \text{ г}$

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

Найти:

$V_{смеси} (NH_3 + CH_4) - ?$

Решение:

1. Простое газообразное вещество, собранное на выходе из колонки, — это азот ($N_2$), так как он не реагирует с оксидом бария. Найдем его количество вещества:

$n(N_2) = \frac{V(N_2)}{V_m} = \frac{2,688 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,12 \text{ моль}$

2. Азот образуется только при сгорании аммиака. По уравнению реакции $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$ найдем количество вещества аммиака в исходной смеси:

$n(NH_3) = 2 \times n(N_2) = 2 \times 0,12 \text{ моль} = 0,24 \text{ моль}$

3. Масса колонки увеличилась за счет поглощения воды ($H_2O$) и углекислого газа ($CO_2$), которые образовались при сгорании смеси.

$\Delta m_{колонки} = m(H_2O) + m(CO_2) = 35,28 \text{ г}$

4. Вода образуется при сгорании и аммиака, и метана. Найдем количество вещества воды, образовавшейся при сгорании 0,24 моль аммиака:

Из уравнения $4NH_3 \rightarrow 6H_2O$ следует, что $n_1(H_2O) = \frac{6}{4} n(NH_3) = 1,5 \times n(NH_3) = 1,5 \times 0,24 \text{ моль} = 0,36 \text{ моль}$

5. Пусть количество вещества метана в исходной смеси равно $x$ моль, то есть $n(CH_4) = x$. По уравнению реакции $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$ количество образовавшихся $CO_2$ и $H_2O$ из метана равно:

$n(CO_2) = n(CH_4) = x \text{ моль}$

$n_2(H_2O) = 2 \times n(CH_4) = 2x \text{ моль}$

6. Общее количество вещества воды, поглощенной колонкой, равно сумме количеств воды из обеих реакций:

$n_{общ}(H_2O) = n_1(H_2O) + n_2(H_2O) = (0,36 + 2x) \text{ моль}$

7. Составим уравнение, исходя из увеличения массы колонки. Используем молярные массы: $M(H_2O) = 18 \text{ г/моль}$, $M(CO_2) = 44 \text{ г/моль}$.

$m(CO_2) + m_{общ}(H_2O) = 35,28 \text{ г}$

$n(CO_2) \times M(CO_2) + n_{общ}(H_2O) \times M(H_2O) = 35,28$

$x \times 44 + (0,36 + 2x) \times 18 = 35,28$

$44x + 6,48 + 36x = 35,28$

$80x = 35,28 - 6,48$

$80x = 28,8$

$x = \frac{28,8}{80} = 0,36 \text{ моль}$

Таким образом, $n(CH_4) = 0,36 \text{ моль}$.

8. Найдем общее количество вещества газов в исходной смеси:

$n_{смеси} = n(NH_3) + n(CH_4) = 0,24 \text{ моль} + 0,36 \text{ моль} = 0,60 \text{ моль}$

9. Вычислим объем исходной смеси газов при нормальных условиях:

$V_{смеси} = n_{смеси} \times V_m = 0,60 \text{ моль} \times 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль} = 13,44 \text{ дм}^3$

Ответ: $13,44 \text{ дм}^3$.