2025-09-23 11:23:15
В лаборатории есть смесь озона и кислорода с общим объемом (н. у.) 1-10 дм³, в которой массы кислорода и озона равны. Какую максимальную массу (г) пропана можно полностью окислить этой смесью?
Химия Колледж Реакции горения и стехиометрия максимальная масса пропана окисление пропана смесь озона и кислорода химические реакции объем смеси газов лабораторные эксперименты химия 12 класс Новый
2025-09-23 11:24:03
Для решения задачи, давайте сначала разберемся с данными и формулами, которые нам понадобятся.
Дано:
- Общий объем смеси (озон и кислород) = 1-10 дм³.
- Массы кислорода (O2) и озона (O3) равны.
Шаг 1: Определение массы кислорода и озона
Пусть масса кислорода и масса озона равны и обозначим их как m. Тогда:
- Масса кислорода: m = n(O2) * M(O2), где M(O2) = 32 г/моль.
- Масса озона: m = n(O3) * M(O3), где M(O3) = 48 г/моль.
Общий объем смеси можно выразить через количество вещества:
- V = n(O2) * Vm(O2) + n(O3) * Vm(O3), где V - объем в дм³, а Vм - молярный объем (при н.у. Vм ≈ 22,4 дм³/моль).
Шаг 2: Установка уравнений
Поскольку массы равны, мы можем записать:
- m(O2) = m(O3),
- n(O2) * 32 = n(O3) * 48.
Также мы знаем, что:
- V = n(O2) * 22,4 + n(O3) * 22,4 = (n(O2) + n(O3)) * 22,4.
Из первого уравнения можно выразить n(O3) через n(O2):
- n(O3) = (2/3) * n(O2).
Подставим это выражение во второе уравнение:
- V = n(O2) * 22,4 + (2/3) * n(O2) * 22,4 = (5/3) * n(O2) * 22,4.
Теперь выразим n(O2):
- n(O2) = (3V) / (5 * 22,4).
Так как объем V находится в пределах от 1 до 10 дм³, подставим крайние значения:
- При V = 1 дм³: n(O2) = (3 * 1) / (5 * 22,4) ≈ 0,0267 моль.
- При V = 10 дм³: n(O2) = (3 * 10) / (5 * 22,4) ≈ 0,267 моль.
Шаг 3: Определение максимальной массы пропана
Теперь найдем, сколько пропана (C3H8) можно окислить с помощью данной смеси. Реакция окисления пропана выглядит следующим образом:
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O.
Из уравнения видно, что на 1 моль пропана требуется 5 моль кислорода. Следовательно:
- Для 0,0267 моль O2: количество пропана = 0,0267 / 5 = 0,00534 моль.
- Для 0,267 моль O2: количество пропана = 0,267 / 5 = 0,0534 моль.
Теперь найдем массу пропана:
- Молярная масса пропана (C3H8) = 3*12 + 8*1 = 44 г/моль.
- Максимальная масса пропана при n = 0,00534 моль: m = 0,00534 * 44 ≈ 0,235 г.
- Максимальная масса пропана при n = 0,0534 моль: m = 0,0534 * 44 ≈ 2,35 г.
Шаг 4: Ответ
Таким образом, максимальная масса пропана, которую можно полностью окислить данной смесью, составляет от 0,235 г до 2,35 г в зависимости от объема смеси.