Задачи по теме

Задача 1. Какова масса соединений, образующихся при взаимодействии 106,5 г хлора и 16 г метана?

Процесс взаимодействия рассмотрим следующим образом. Вначале протекает реакция

CH₄ + Cl₂  CH₃Cl + HCl (1)

В этом и в других случаях для расчетов сообразно определить количества моль участвующих в реакции веществ. Это позволит оценить, участвуют они в эквивалентных количествах или имеется избыток одного из реагентов. Отметим, что для любой реакции, записанной в общем виде

аА + вВ  сС,

находящееся в избытке вещество определяется из неравенства:

если вn(A) > an(B), то в избытке реагент А, в обратном случае – В.

; n(CH₄) = 1 моль

; n(Cl₂) = 1,5 моль

Для записанной выше 1-й реакции требуемое соотношение участников имеет вид:

n₁(CH₄) = n₁(Cl₂) = n₁(CH₃Cl) = n₁(HCl).

Тогда n₁(HCl) = 1,0 моль, а из соотношения 11,5 > 11 следует, что хлор взят в избытке. Если бы в избытке находился CH₄, то с завершением реакции (1) процесс взаимодействия метана и хлора прекратился, так как CH₄ не взаимодействует с образующимися продуктами реакции.

В данном случае этого не происходит, так как избыток хлора далее вступает в реакцию с образующимся хлорметаном по схеме:

CH₃Cl + Cl₂  CH₂Cl₂ + HCl (2)

Для реакции (2)

n₂(CH₂Cl₂) = n₂(HCl) = n₂(Cl₂) = n(Cl₂).

Избыток хлора, оставшийся после реакции (1), равен:

n(Cl₂) = n₁(Cl₂)  n₁(CH₄) = 1,5 – 1,0 = 0,5 моль;

n₁(CH₃Cl) = 1,0 моль. Из неравенства 11 > 10,5, записанного для реакции (2), следует, что в избытке находится хлорметан, который реагирует не полностью. Оставшееся после завершения реакции (2) количество вещества хлорметана и его масса равны:

n(CH₃Cl) = n₁(CH₃Cl) – n(Cl₂) =1,0 – 0,5 = 0,5 моль

m(CH₃Cl) = n(CH₃Cl)M(CH₃Cl) = 0,5  50,5 = 25,25 г.

n₂(HCl) = n(Cl₂) = 0,5 моль; n(HCl) = n₁(HCl) + n₂(HCl);

n(HCl) = 1,0 + 0,5 = 1,5 моль

m(HCl) = n(HCl)  M(HCl) = 1,5  36,5 = 54,75 г.

Масса образовавшегося дихлорметана равна:

m(CH₂Cl₂) = n(CH₂Cl₂)  M(CH₂Cl₂); n(CH₂Cl₂) = n(Cl₂);

m(CH₂Cl₂) = n(Cl₂)  M(CH₂Cl₂) = 0,5  85 = 42,5 г.

В связи с избытком CH₃Cl применительно только к исходным веществам реакция (2) дальше не пойдет. Следовательно, количества вещества и массы участников реакции далее меняться не будут.

Задача 2. Каков объем сгоревшего алкана, в молекуле которого соотношение масс углерода и водорода равно 4,5, если в процессе реакции образовалось 3,36 л оксида углерода (IV)? Принять, что температура и давление в процессе протекания реакции постоянны.

Общая формула гомологического ряда алкановых углеводородов С_nH_2n+2, откуда имеем:

; 12k – 9k = 9; k = 3.

Следовательно, молекулярная формула алкана С₃Н₈. Запишем уравнение реакции

С₃Н₈ + 5О₂  3СО₂ + 4Н₂О,

из которого следует, что на образование трех объемов СО₂ расходуется один объем С₃Н₈.

Тогда можно записать:

Задача 3. При нагревании метана без доступа воздуха получено 96 г сажи с выходом по реакции 80 %. Каковы объемы поданного на термическую диссоциацию и полученного в результате реакции газов в расчете на нормальные условия?

Запишем уравнение реакции:

СН₄ С + 2Н₂.

.

Исходя из уравнения реакции, имеем:

n(C) = n(CH₄) и n(H₂) = 2n(C).

Тогда:

V(H₂) = n(H₂)  V_m; V(H₂) = 2  8  22,4 = 358,4 л.

V_m – молярный объем газов при условии реакции

V(CH₄) = n(CH₄)  V_m/0,8 = n(C)  V_m/0,8;

V(CH₄) = 8  22,4/0,8; V(CH₄) = 224 л.