Какова объёмная доля углеводородов в смеси пропана и н-бутана объёмом 100 мл, если к ней добавили 600 мл кислорода, подожгли, а после полного сгорания и конденсации воды объём составил 390 мл? Также, как рассчитать плотность этой смеси по отношению к воздуху?

Химия 11 класс Газовые реакции и расчёты объёмов газов объёмная доля углеводородов смесь пропана и н-бутана 100 мл добавление кислорода сгорание конденсация воды объём 390 мл расчёт плотности плотность смеси отношение к воздуху химия 11 класс задачи по химии углеводороды горение газовые смеси Новый

Чтобы решить задачу, давайте начнем с уравнений реакций сгорания пропана (C3H8) и н-бутана (C4H10).

1. Записываем реакции сгорания:

• Пропан: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
• Н-бутан: 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O

Теперь, предположим, что в смеси пропана и н-бутана содержится x моль пропана и y моль бутана.

2. Определяем общее количество вещества:

Объем смеси 100 мл и добавленный объем кислорода 600 мл. После сгорания и конденсации воды у нас осталось 390 мл. Это означает, что объем, который вышел в результате реакции, равен:

600 мл (кислород) + 100 мл (смесь) - 390 мл (остаток) = 310 мл (объем образовавшихся газов CO2).

3. Переводим объем в моли:

Для расчета количества вещества (молей) используем формулу:

n = V / Vm, где Vm = 22,4 л/моль (при нормальных условиях).

• n(смеси) = 0,1 л / 22,4 л/моль = 0,004 моль
• n(CO2) = 0,31 л / 22,4 л/моль = 0,01383 моль

4. Составляем уравнения для моль:

У нас есть два уравнения, которые мы можем составить:

• x + y = 0,004 (общее количество молей)
• 3x + 4y = 0,01383 (количество молей CO2, образовавшегося при сгорании)

5. Решаем систему уравнений:

Из первого уравнения выразим y:

y = 0,004 - x

Теперь подставим это значение во второе уравнение:

3x + 4(0,004 - x) = 0,01383

3x + 0,016 - 4x = 0,01383

-x + 0,016 = 0,01383

x = 0,00217 моль (количество пропана)

Теперь найдем y:

y = 0,004 - 0,00217 = 0,00183 моль (количество н-бутана)

6. Объемная доля углеводородов:

• Объемная доля пропана: V(C3H8) = n(C3H8) * Vm = 0,00217 моль * 22,4 л/моль = 0,0486 л = 48,6 мл
• Объемная доля н-бутана: V(C4H10) = n(C4H10) * Vm = 0,00183 моль * 22,4 л/моль = 0,0410 л = 41,0 мл

Общее количество углеводородов = 48,6 мл + 41,0 мл = 89,6 мл.

Объемная доля углеводородов в смеси: 89,6 мл / 100 мл = 0,896 или 89,6%.

7. Рассчитаем плотность смеси по отношению к воздуху:

Плотность смеси можно найти, используя формулу:

ρ = m / V, где m - масса, а V - объем.

Для расчета массы смеси, нужно знать молекулярные массы углеводородов:

• Молярная масса пропана (C3H8) = 44 г/моль
• Молярная масса н-бутана (C4H10) = 58 г/моль

Теперь вычислим массу:

• m(C3H8) = 0,00217 моль * 44 г/моль = 0,09548 г
• m(C4H10) = 0,00183 моль * 58 г/моль = 0,10614 г

Общая масса смеси = 0,09548 г + 0,10614 г = 0,20162 г.

Плотность смеси = 0,20162 г / 0,1 л = 2,0162 г/л.

Теперь, чтобы рассчитать плотность смеси по отношению к воздуху, нужно знать плотность воздуха (приблизительно 1,293 г/л):

Отношение плотности смеси к плотности воздуха = 2,0162 г/л / 1,293 г/л ≈ 1,56.

Таким образом, объемная доля углеводородов в смеси составляет 89,6%, а плотность смеси по отношению к воздуху равна примерно 1,56.