Хімія 9 клас

Розв'язування розрахункових задач

«Обчислення об'ємних відношень газів за хімічними рівняннями»

Волошина Олена Іванівна

Вчитель хімії вищої категорії

Харківської ЗОШ № 125

Закон об’ємних відношень газів

Значна частина вуглеводнів за нормальних умов — це гази. Серед них — вуглеводні, які ми вже знаємо: метан, етен, етин, а також етан, пропан, бутан.

У газах, на відміну від твердих чи рідких речовин, відстань між молекулами дуже велика. Тому порції різних газів, що містять однакову кількість молекул, займають однаковий об’єм за незмінних тиску та температури.

На початку XIX ст. італійський фізик і хімік Амедео Авогадро

​

​

​

​

сформулював закон, який назвали його іменем — закон Авогадро:

Рівні об’єми різних газів за однакових умов містять однакову кількість молекул.

​

Це означає, що в 1 л метану СН4 міститься стільки ж молекул, скільки їх є в 1 л ацетилену С2Н2 чи в 1 л етилену С2Н4.

Відкриттю закону Авогадро передували численні досліди з газами французького хіміка і фізика Жозефа-Луї Гей-Люссака. Так, досліджуючи реакцію водню з хлором, він використовував однакові об’єми газів, а одержав продукт реакції — гідроген хлорид, об’єм якого був удвічі більшим:

​

Експериментуючи з воднем (під час його взаємодії з киснем), учений зауважив, що на реакцію з одним об'ємом кисню витрачається два об'єми водню:

За результатами дослідів він установив, що невеликі цілі числа, якими виражається відношення об’ємів газоподібних речовин, збігаються з коефіцієнтами перед формулами цих речовин у рівнянні реакції.

​

Ж.-Л. Гей-Люссак 1808 року сформулював закон об'ємних відношень газів:

Об'єми газів, що вступають у реакцію, а також утворюються в результаті реакції, відносяться як невеликі цілі числа.

Ці числа збігаються з коефіцієнтами в рівнянні реакції. Закон Гей-Люссака поширюється на всі газоподібні речовини (органічні та неорганічні).

Запишемо рівняння реакції горіння етану:

​

2С2Н6 + 7О2 → 4СО2 + 6Н2О

Як видно з рівняння, дві молекули етану реагують із сімома молекулами кисню, утворюючи чотири молекули вуглекислого газу і шість молекул води.

Отже, можна стверджувати, що на згоряння двох моль етану потрібно сім моль кисню. При цьому утвориться чотири моль карбон(IV) оксиду й шість моль води.

Тобто:

n(С2Н6) : n(О2) : n(СО2) : n(Н2О) = 2 : 7 : 4 : 6

​

Оскільки вода за температури горіння етану є газоподібною, то, зважаючи на закон об’ємних відношень газів, можна записати так:

V(C2H6) : V(O2) : V(CO2) : V(H2O) = 2 : 7 : 4 : 6

Розв’язування задач

Задача 1. Який об’єм кисню необхідний для повного спалювання 100 л етену? Усі вимірювання виконано за однакових умов.

Задача 2. Який об’єм кисню витратиться на згорання ацетилену об’ємом 10л?

Дано: Розв’язання

V(С2Н2) = 10л 10л хл

2 С2Н2 + 5О2 = 4СО2 + 2Н2О

V(О2) - ? 2л 5л

2 : 5 = 10 : х

х = 5л ∙ 10л :2л = 25л

​

Відповідь: для згорання ацетилену об’ємом 10л потрібно 25л кисню.

​

Задача 3. Обчисліть об’єми етану та кисню (н. у.), що вступили в реакцію горіння, якщо утворився карбон(ІУ) оксид об’ємом 134,4 л.

Відповідь: у реакції горіння взяли участь етан об’ємом 67,2 л і кисень об’ємом 235,2 л.

Задача 4. Для спалювання насиченого вуглеводню використано п’ятикратний об’єм кисню. Встановіть формулу насиченого вуглеводню.

Дано:

V(СnН2n+2) : V (O2) = 1 : 5

​

СnН2n+2 – ?

​

Розв’язання

Згідно з законом об’ємних відношень об’єми газів реагуючих речовин відносяться як стехіометричні коефіцієнти.

Запишемо рівняння горіння насиченого вуглеводню у загальному вигляді: 1 л 5 л СnН2n+2 + 2 n3 +1 O2 = nСО2 + (n+1) Н2О 1 л 2 n3 +1 л 0,5(3n + 1) = 5 n = 3 С3Н8 Відповідь: С3Н8

Задача 5. Ацетилен повністю спалили в чистому кисні, отримавши 2400 мл карбон(ІV) оксиду. Який об'єм кисню витратили на спалювання ацетилену?

Задача 6. Приготували суміш зі 120 л метану і 300 л кисню. Суміш підпалили. Чи залишиться після закінчення реакції один з реагентів? Якщо залишиться, то обчисліть його об'єм (об'єми всіх речовин вимірювали за нормальних умов).

Завдання 7. Обчисліть об’єм кисню, що потрібен для спалювання 40 л суміші, яка містить 20 % метану, 40 % етану й 40 % етену.

​

Записуємо рівняння рекацій спалювання метану, етану, етену.

​

​

​

Відповідно зо загону об’ємних відношень газів знаходимо об’єми складових газової суміші.

​

​

​

​

​

Відповідь: 104 л кисню.

Задача 8. Знайти формулу газуватого вуглеводню, якщо при повному згорянні 100 мл цієї сполуки утворюється 300 мл вуглекислого газу і 400 мл водяної пари (об’єми відповідають однаковим умовам).

Дано:

V(CхHy) = 100 мл

V(CО2) = 300 мл

V(Н2О) = 400 мл

CхHy– ?

Розв’язання:

100 мл 300 мл 400 мл

CхHy + O2 = CO2 + H2O

1 мл 3 мл 4 мл

CхHy + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

C3H8

Відповідь: С3Н8

Задача 9.Газова суміш складається з водню, метану і карбон(ІІ) оксиду, має густину 0,857 г/л. Для повного спалювання 1 л такої суміші витратили 4,75 л повітря. Визначити склад вихідної суміші газів в літрах. Вважати об'ємну частку кисню у повітрі 0,2.

Дано:

ρ(суміші) = 0,857 г/л

V(суміші) = 1 л

V(повітря) = 4,75 л

ϕ(О2) = 0,2

V(H2) – ?

V(CH4) – ?

V(CО) – ?

Розв’язання

V(О2) = V(повітря) · ϕ(О2); V(О2) = 4,75 л · 0,2 = 0,95 л

2СО + О2 = 2СО2 V(CO):V(O2) = 2 : 1

V(CO i H2) : V(O2) = 2 : 1

2Н2 + О2 = 2Н2О V(H2):V(O2) = 2 : 1 V(CO i H2) = х л V(CH4) = (1 - x) л

Згідно з рівнянням V1(O2) = 0,5х

(1-х) л 2(1-х) л

CH4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О V2(O2) = 2(1 – х);

1 л 2 л

V(O2) = V1(O2) + V2(O2)

0,95 = 0,5х + 2(1– х)

0,95 = 0,5х + 2 – 2х

1,5х = 1,05 х = 0,7 (л)

V(CO i H2) = 0,7 л V(CH4) = 1 л – 0,7 л = 0,3 л

​

М= ρ · Vm;

Mсер.= 0,857 г/л · 22,4 л/моль = 19,2 г/моль

Мr cер = Мсер. Мr сер. = Мr1 · φ1 + Мr2 · φ2 + Мr3 · φ3;

φ1 = φ(СН4) = 0,3; φ2 = φ(СО) = х; φ3 = φ(Н2) = 0,7–х

19,2 = 0,3 ·16 + х · 28 + (0,7 – х) ·2;

х = 0,5

φ(СО) = 0,5; φ(Н2) = 0,2;

V(CО) = 1 л · 0,5 = 0,5 л V(Н2) = 1 л · 0,2 = 0,2 л

Відповідь: 0,2 л Н2, 0,3 л СН4, 0,5 л СО

Самостійна робота

Обчисліть об’єм водню, який потрібен для повного гідрування речовини Х.

Обчисліть об’єм повітря ( вміст кисню прийняти за 20% об’ємних ) , що витрачається для повного спалювання суміші складу :

І варіант

​

1. Спалили етан об’ємом 50м3. Який об’єм кисню витратився?

2. Який об’єм кисню витратиться на згорання 5 моль етину?

3. Обчисліть об’єм вихідних речовин в реакції бромування етилену якщо утворився дибромоетан

об’ємом 90л?

4. При спалюванні бутану утворився вуглекислий газ об’ємом 86л. Якій кількості речовини

відповідає такий об’єм? Які об’єми вихідних речовин прореагували?

5. При горінні етену утворився вуглекислий газ об’ємом 500м3. Який об’єм та кількість речовини етену

Та кисню прореагувало?

ІІ варіант

1. Спалили бутан об’ємом 50м3. Який об’єм кисню витратився?

2. Який об’єм кисню витратиться на згорання 5 моль пропену?

3. Обчисліть об’єм вихідних речовин в реакції повного хлорування ацетилену якщо утворився

тетрахлороетан об’ємом 90л?

4. При спалюванні пропану утворився вуглекислий газ об’ємом 86л. Якій кількості речовини

відповідає такий об’єм? Які об’єми вихідних речовин прореагували?

5. При горінні етину утворився вуглекислий газ об’ємом 500м3. Який об’єм та кількість речовини

етину та кисню прореагувало?

​

1. Для спалювання 1 л насиченого вуглеводню використано 16,7 л повітря.

Встановіть формулу насиченого вуглеводню. Об’єми газів виміряні за

однакових умов.

2. При пропусканні 2,8 л (н.у.) газової суміші, що складається з пропену,

бутену і бутану через бромну воду прореагувало 6 г брому. Визначити

об’єми кисню і повітря необхідні для спалювання 20 л (н.у.) цієї суміші,

якщо її густина за воднем становить 26,1.