10. Расчеты по уравнениям химических реакций

(задачи №№ 226 – 250)

Пример 10.1. Какой объем этанаС₂Н₆сгорел, если в результате образовалось 6 кг паров воды? Температура 20⁰С, давление 98 кПа.

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения этана в воздухе.

Х м³ 6 кг

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

1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 (Мкг/кмоль) соответствующего вещества (в том случае, если дана масса или надо определить массу в кг) или

- молярный объем (V_Мм³/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 МилиV_М на соответствующий стехиометрический коэффициент.

Молярная масса воды V_М= 18 кг/кмоль. В данной задаче стехиометрический коэффициент передН₂Оравен 3, поэтому под формулой воды следует написать 3М= 318 кг.

Если условия отличаются от нормальных, то необходимо определить, какой объем будет занимать 1 кмоль любого газообразного вещества при данных условиях. Расчет V_Мведут 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 Р₀должна соответствовать размерности давления, приведенного в условии задачи.

Найденное значениеV_Мподставляем 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 м³С₂Н₆ соответствуют 318 кгН₂О

Х м³С₂Н₆ соответствуют 6 кгН₂О.

Отсюда

м³.

Ответ:сгорело 2,76 м³этана.

Пример 10.2. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 10 кг диэтилового эфираС₂Н₅ОС₂Н₅?Температура 10⁰С, давление 1,2 ат

Решение:

1. Записываем уравнение реакции горения

10 кг Х м³

С₂Н₅ОС₂Н₅ + 6(О₂ + 3,76N₂) =4СО₂ + 5Н₂О +63,76N₂

М = 74 кг 64,76V_м=

=64,7619,35 м³

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

3. Молярная масса диэтилового эфира 74 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой эфира.

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

м³/кмоль

Записываем данную величину под формулой воздуха,умножив ее на стехиометрический коэффициент (64,76).

5. По уравнению реакции найдем объем воздуха, необходимого для полного сгорания эфира:

м³

Ответ:для сгорания 10 кг диэтилового эфира необходимо 74,7 м³воздуха.

Пример 10.3. Какая концентрация углекислого газа (в объемных %) образовалась в помещении объемом 500 м³, если сгорело 5 кг ацетонаСН₃СОСН₃?

Температура –5⁰С, давление 750 мм рт.ст.

Решение:

Объемная концентрация газа в помещении определяется по формуле

В данной задаче необходимо определить объем углекислого газа, который образуется в результате реакции горения.

1. Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

5 кг Хм³

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 %.

Пример 10.4. Образовалась ли в емкости объемом 0,5 м³взрывоопасная концентрация ацетилена при взаимодействии в ней 0,1 кг карбида кальция с водой? Условия нормальные.

Решение:

1. В результате реакции образуется гидроксид кальция и горючий газ ацетилен. Концентрация ацетилена в газо-воздушной смеси от 2 до 80 %взрывоопасна.

Запишем уравнение реакции взаимодействия карбида кальция с водой.

0,1 кг х м³

СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂

М = 64 кг V_М = 22,4 м³

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

3. Молярная масса карбида кальция 64 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой карбида кальция.

4. Для расчета концентрации газа в емкости необходимо определить объем образовавшегося ацетилена. По условию задачи условия нормальные, следовательно, молярный объем V_М = 22,4 м³. Записываем эту величину под формулой ацетилена.

5. В соответствии с уравнением реакции рассчитываем объем образовавшегося ацетилена:

м³

6. Рассчитаем объемную концентрацию ацетилена в емкости:

%.

Ответ:объемная концентрация ацетилена в емкости взрывоопасна и

составляет 7 %.