Углерод: Часть 4
Химия, 11 класс
Задача 6 Условие Смесь диоксида кремния и углерода (взят в некотором избытке) прокалили. Образовались газ легче воздуха и смесь твёрдых веществ. К смеси добавили избыток концентрированной щёлочи, при...
Видео
Конспект
Задача 6
Условие
Смесь диоксида кремния и углерода (взят в некотором избытке) прокалили. Образовались газ легче воздуха и смесь твёрдых веществ. К смеси добавили избыток концентрированной щёлочи, при этом выделилось $13{,}44$ л (н.у.) газа, а масса нерастворившегося вещества составила $28$ г. Найдите массы веществ в исходной смеси.
Решение
$$
SiO_2 + 3C = SiC + 2CO,
$$ $$
SiO_2 + 2C = Si + 2CO,
$$ $$
Si + 2NaOH + H_2O = Na_2SiO_3 + 2H_2.
$$ $$
n(H_2) = 13{,}44/22{,}4 = 0{,}6 моль,\ n(Si) = 0{,}3 моль = n(SiO_2),\ n(SiC) = 28/40 = 0{,}7 моль.
$$ $$
n(SiO_2) = 0{,}3 + 0{,}7 = 1 моль,\ n(C) = 0{,}6 + 2{,}1 = 2{,}7 моль.
$$ $$
m(SiO_2) = 1 \cdot 60 = 60 г,\ m(C) = 2{,}7 \cdot 12 = 32{,}4 г.
$$
Ответ $60$ г $SiO_2$ и $32{,}4$ г $C$.
Задача 7
Условие
Имеется смесь оксида углерода(II) $CO$ и хлора, которая на $20%$ легче оксида серы(IV). После пропускания смеси над нагретым катализатором образовался фосген $COCl_2$, в результате чего смесь стала тяжелее оксида серы(IV) при тех же условиях. Рассчитайте область допустимых значений для выхода реакции.
Решение
$$
CO + Cl_2 = COCl_2.
$$
Сначала найдем значение молярной массы исходной смеси: $$
M_1 = (1-0{,}2) \cdot M(SO_2) = 0{,}8 \cdot 64 = 51{,}2 г/моль.
$$
В исходной смеси только два газа — $CO$ и $Cl_2$. Зная молярную массу мы можем найти мольные доли компонентов: $$
M_1 = x(CO) \cdot M(CO) + x(Cl_2) \cdot M(Cl_2),
$$ $$
x(CO) + x(Cl_2) = 1,
$$ $$
x(CO) \cdot 28 + x(Cl_2) \cdot 71 = 51{,}2.
$$
Решая эту систему уравнений с двумя неизвестными получаем: $$
x(CO) = 0{,}46 = 46%,\ x(Cl_2) = 0{,}54 = 54%.
$$
Предположим, что изначально было $1$ моль газообразных веществ, тогда исходное количество хлора $0{,}54$ моль, а монооксида углерода $0{,}46$ моль.
$CO +$
$Cl_2 =$
$COCl_2$
$n_{исх}$, моль
$0{,}46$
$0{,}54$
$0$
$n_{кон}$, моль
$(0{,}46-a)$
$(0{,}54-a)$
$a$
$$
n(конеч.общ.) = (0{,}46-a)+(0{,}54-a)+a = 1-a моль,
$$ $$
x(CO) = (0{,}46-a)/(1-a),\ x(Cl_2) = (0{,}54-a)/(1-a),\ x(COCl_2) = a/(1-a).
$$
Молярная масса конечной смеси $>M(SO_2)$ $$
M_2 > 64 г/моль.
$$
Зная мольные доли компонентов и молярную массу смеси можем найти область возможных значений $a$: $$
x(CO) \cdot M(CO) + x(Cl_2) \cdot M(Cl_2) + x(COCl_2) \cdot M(COCl_2) = M_2 > 64,
$$ $$
28 \cdot (0{,}46-a)/(1-a) + 71 \cdot (0{,}54-a)/(1-a) + 99 \cdot a/(1-a) > 64,
$$ $$
12{,}88 - 28a + 38{,}34 - 71a + 99a > 64 - 64a,
$$ $$
51{,}22 > 64 - 64a,
$$ $$
64a > 12{,}78,
$$ $$
a > 0{,}2.
$$
Чтобы молярная масса конечной смеси стала больше молярной массы оксида серы(IV) необходимо, чтобы из $0{,}46$ моль $CO$ прореагировало больше $0{,}2$ моль. $$
Выход реакции = n(прореаг)/n(исх) = 0{,}2/0{,}46 = 0{,}435.
$$
Т.е. выход реакции должен быть больше $43{,}5%$ и до $100%$.
Ответ выход реакции больше $43{,}5%$ и до $100%$.
Задача 8
Условие
На смесь, состоящую из карбида кальция и карбоната кальция, подействовали избытком соляной кислоты, в результате чего получена смесь газов с плотностью по воздуху $1{,}27$ и раствор, при выпаривании которого образовался твердый остаток массой $55{,}5$ г. Определите массу исходной смеси.
Решение
$$
CaC_2 + 2HCl = CaCl_2 + C_2H_2,
$$ $$
CaCO_3 + HCl = CaCl_2 + CO_2 + H_2O.
$$
Газовая смесь — это ацетилен и диоксид углерода. Молярная масса этой смеси $$
= D \cdot M_{возд} = 1{,}27 \cdot 29 = 36{,}83 г/моль.
$$ $$
x(ац) \cdot M(ац) + x(CO_2) \cdot M(CO_2) = M_{смеси},
$$ $$
x(ац) + x(CO_2) = 1,
$$ $$
26x(ац) + 44(1-x(ац)) = 36{,}83,
$$ $$
x(ац) = 0{,}4,\ x(CO_2) = 0{,}6.
$$
Твердый остаток, оставшийся при выпаривании раствора — это хлорид кальция. Его количество равно $55{,}5/111 = 0{,}5$ моль.
Пусть $n(CaC_2) = a$ моль, а $n(CaCO_3) = b$ моль, то $n(C_2H_2) = a$ моль, $n(CO_2) = b$ моль, $n(CaCl_2) = a+b = 0{,}5$ моль. $$
x(ац) = n(C_2H_2)/n(газ.молекул) = a/(a+b) = a/0{,}5 = 0{,}4,
$$ $$
a = 0{,}2 моль,\ b = 0{,}5-0{,}2 = 0{,}3 моль.
$$ $$
m(CaC_2) = a \cdot M(CaC_2) = 0{,}2 \cdot 64 = 12{,}8 г,
$$ $$
m(CaCO_3) = b \cdot M(CaCO_3) = 0{,}3 \cdot 100 = 30 г.
$$
Исходная масса $12{,}8+30 = \textbf{42{,}8 г}$.
Ответ $42{,}8$ г.