Расчеты по уравнениям химических реакций

(задачи №№ 26 – 50).

Литература:

1. Глинка Н.Л. "Общая химия". - М.: Интеграл-Пресс. 2009г. 19 - 27 с.

2.. Коробейникова Е.Г., Чуприян А.П., Аксенов А.Н. Вопросы и задачи по химии. СПб. 2001 г. 5 - 6с.

3. Глинка Н.Л. "Задачи и упражнения по общей химии". - Учебное пособие. - М.: КНОРУС, 2011, 240с.

Наиболее важными для дальнейшего усвоения химии и смежных дисциплин являются умение грамотно записывать уравнения реакций горения различных веществ в кислороде и в воздухе; рассчитывать концентрационные пределы распространения пламени; решать "задачи на горение" (расчет массы и объема сгоревшего вещества; расчет объема воздуха, затраченного на горение; расчет объема и массы образовавшихся продуктов горения).

Пример 2.1. Какой объем этана С₂Н₆ сгорел, если в результате образовалось 3 кг паров воды? Температура 20⁰С, давление 98 кПа.

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения этана в воздухе.

Х м³ 3 кг

С₂Н₆ + 3,5(О₂ + 3,76 N₂) = 2СО₂ + 3Н₂О + 3,5 × 3,76 N₂

V_М = 3× М =

= 24,9 м³ = 3×18 кг

2. В соответствии с условием задачи в уравнении реакции над формулами веществ записываем неизвестные и известные величины с указанием размерности.

Под формулами веществ записываем

- молярную массу (М кг/кмоль) соответствующего вещества (в том случае, если дана масса или надо определить массу в кг) или

- молярный объем (V_М м³/кмоль) вещества, находящегося в газовой фазе (в том случае, если дан объем или надо определить объем в м³).

Стехиометрические коэффициенты, стоящие в уравнении реакции и обозначающие число кмоль веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции, необходимо учитывать, умножая М или V_М на соответствующий стехиометрический коэффициент.

Молярная масса воды V_М = 18 кг/кмоль. В данной задаче стехиометрический коэффициент перед Н₂О равен 3, поэтому под формулой воды следует написать 3× М = 3×18 кг.

При нормальных условиях объем любого газа (пара) равен V₀ = 22,4 м³/кмоль.

Нормальными условиями считаются: температура Т₀ = 273 К (0⁰С);

давление Р₀ = 760 мм рт.ст. = 1 атм = 10⁵ Па = = 0,1 МПа = 101,3 кПа

Если условия отличаются от нормальных, то необходимо определить, какой объем будет занимать 1 кмоль любого газообразного вещества при данных условиях. Расчет V_М ведут по формуле объединенного газового закона:

, где

Р и Т – данные в задаче температура и давление.

Для нашей задачи рассчитываем молярный объем при заданных условиях: м³/кмоль.

Размерность Р₀ должна соответствовать размерности давления, приведенного в условии задачи.

Найденное значение V_М подставляем под формулой этана (стехиометрический коэффициент перед горючим веществом всегда должен быть равен 1!).

3. Определим объем сгоревшего этана. Согласно уравнению реакции можно составить следующую пропорцию:

24,9 м³ С₂Н₆ соответствуют 3×18 кг Н₂О

Х м³ С₂Н₆ соответствуют 3 кг Н₂О.

Отсюда

м³.

Ответ: сгорело 1,38 м³ этана.

Пример 2.2. Какая концентрация углекислого газа (в объемных %) образовалась в помещении объемом 500 м³, если сгорело 5 кг ацетона СН₃СОСН₃? Температура –5⁰С, давление 750 мм рт.ст.

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

5 кг Х м³

СН₃СОСН₃ + 4(О₂ + 3,76 N₂) = 3СО₂ + 3Н₂О + 4 × 3,76 N₂

М = 58 кг 3× V_М =

= 3×22,3 м³

2. Записываем в уравнении известные и неизвестные величины с указанием размерности.

3. Молярная масса ацетона 58 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой ацетона.

4. Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль углекислого газа (как и любого другого газообразного вещества) при данных температуре и давлении.

м³/кмоль.

Записываем данную величину под формулой углекислого газа, умножив ее на стехиометрический коэффициент 3.

5. По уравнению реакции найдем объем углекислого газа, образовавшегося в результате сгорания ацетона:

м³.

6. Рассчитаем объемную концентрацию углекислого газа в помещении:

%.

Ответ: объемная концентрация углекислого газа составила 1,16 %.

Варианты заданий

26. Сколько кг углекислого газа образовалось в результате сгорания 2м³ пропаналя С₃Н₆О? Температура –3⁰С, давление 95 кПа.

27. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 12 кг бутанола С₄Н₉ОН, если температура 35⁰С, давление 740 мм рт. ст.?

28.. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 120 кг этилацетата С₄Н₈О₂, если температура 28⁰С, давление 102 кПа?

29. Сколько м³ этилена С₂Н₄ сгорело, если в результате образовалось 7 кг углекислого газа. Температура 13⁰С, давление 1,2 атм?

30. Какой объем в м³ паров воды образовался в результате горения 10 кг амилового спирта С₅Н₁₁ОН, если температура 30⁰С, давление 1,2×10⁵ Па?

31. Сколько кг дипропилового эфира С₆Н₁₄О сгорело в объеме 100 м³, если в результате образовалась концентрация углекислого газа 3%? Условия нормальные.

32. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 27 кг этанола С₂Н₅ОН, если температура 24⁰С, давление 1,2 атм?

33. Сколько м³ пропана С₃Н₈ сгорело, если в результате образовалось 20 кг паров воды? Температура 0⁰С, давление 96 кПа?

34. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 33 кг гептанола С₇Н₁₅ОН, если температура 35⁰С, давление 1 атм?

35. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 25 кг метилэтилового эфира СН₃ОС₂Н₅, если t = -4⁰С, Р = 1,2×10⁵ Па?

36. В помещении объемом 600 м³ сгорело 7 кг диэтилового эфира С₄Н₁₀О. Какая концентрация углекислого газа образовалась, если t = 12⁰С, Р=755 мм рт. ст.?

37. Сколько кг амилового спирта С₅Н₁₁ОН сгорело, если в результате образовалось 4 м³ паров воды? Условия нормальные.

38. Какая концентрация паров воды образовалась в объеме 100 м³ после полного сгорания 2 кг муравьиной кислоты НСООН, если t = -5⁰С, Р =795 мм рт. ст.?

39. Сколько м³ пропена С₃Н₆ сгорело, если в результате образовалось 50 кг паров воды, если t = 30⁰С, Р = 1,1атм?

40. В помещении объемом 750 м³ после сгорания октана образовалась концентрация паров воды 7%. Сколько кг октана С₈Н₁₈ сгорело, если t = 6⁰С, Р = 745 мм рт. ст.?

41. Сколько кг этилформиата С₃Н₆О₂ если в результате образовалось 80 м³ углекислого газа? t = 28⁰С, Р = 97 кПа.

42. Какая концентрация паров воды (в объемных %) образовалась в помещении объемом 1500 м³ после полного сгорания 15 кг нонана С₉Н₂₀? Температура –8⁰С, давление 740 мм рт. ст.

43. Сколько кг ксилола С₈Н₁₀ сгорело в помещении 450 м³, если в результате образовалась концентрация углекислого газа 3,5%? Условия нормальные.

44. Сколько м³ ацетилена С₂Н₂ сгорело, если в результате образовалось 2,5 кг паров воды, если t = 20⁰С, Р = 1,1атм?

45. В помещении объемом 650 м³ после сгорания пропанола образовалась концентрация паров воды 7%. Какая масса пропанола С₃Н₇ОН сгорела? Температура 18⁰С, Р = 740 мм рт. ст.?

46. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 9 кг фенола С₆Н₅ОН, если температура 3⁰С, давление 103 кПа?

47. Сколько кг декана С₁₀Н₂₂ сгорело, если в результате образовалось 20 м³ углекислого газа? Т = 280К, Р = 740 мм рт. ст.?

48. Какая масса паров воды в кг образовалась в результате сгорания 3 м³ этилена С₂Н₄? Температура 13⁰С, Р = 1,05 атм?

49. Какая концентрация углекислого газа образовалась в помещении объемом 222 м³ в результате сгорания 25 кг гексана С₆Н₁₄, если температура 15⁰С, давление 1 атм?

50. Какой объем углекислого газа образовался в результате сгорания 45 кг бензойной кислоты С₆Н₅СООН, если температура 11⁰С, давление 0,15 МПа?