дано:
- Соотношение в газообразной смеси: 3 молекулы метана (CH4) на 1 молекулу хлора (Cl2).
- Объем смеси: 45 л (н. у.)
найти:
a) Массовые доли метана и хлора в смеси.
b) Массы всех веществ в смеси после реакции, если один атом водорода в молекуле метана замещается на хлор.
решение:
a) Рассчитаем массовые доли метана и хлора в смеси.
1. Определим количество моль метана и хлора.
Пусть x - количество моль Cl2. Тогда количество моль метана будет 3x.
Общее количество моль = 3x + x = 4x.
2. С учетом объема 45 л (н. у.), общее количество моль смеси можно найти по уравнению:
n = V / Vм = 45 л / 22,4 л/моль ≈ 2 моль.
Здесь Vм = 22,4 л/моль - объем одного моля газа при н. у.
3. Установим равенство:
4x = 2 => x = 0,5 моль (количество моль Cl2).
Таким образом, количество моль CH4 будет 3x = 3 * 0,5 = 1,5 моль.
4. Теперь вычислим массы компонентов:
Молярная масса метана (CH4) ≈ 16 г/моль.
Молярная масса хлора (Cl2) ≈ 71 г/моль.
Масса CH4 = 1,5 моль * 16 г/моль = 24 г.
Масса Cl2 = 0,5 моль * 71 г/моль = 35,5 г.
5. Общее количество вещества = 24 г + 35,5 г = 59,5 г.
6. Массовые доли:
Массовая доля метана = (масса CH4 / общая масса) * 100 = (24 г / 59,5 г) * 100 ≈ 40,34%.
Массовая доля хлора = (масса Cl2 / общая масса) * 100 = (35,5 г / 59,5 г) * 100 ≈ 59,66%.
ответ (a):
Массовая доля метана: примерно 40,34%
Массовая доля хлора: примерно 59,66%
b) Рассчитаем массы всех веществ в смеси после реакции.
1. При взаимодействии метана с хлором (согласно условию, замещается только один атом водорода):
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
2. Мы знаем, что у нас 1,5 моль метана и 0,5 моль хлора.
По уравнению реакции видно, что для 1 моль CH4 требуется 1 моль Cl2. Следовательно, вся молекула Cl2 будет реагировать с 0,5 моль CH4.
3. В результате реакции образуется:
- 0,5 моль CH3Cl
- 0,5 моль HCl
Количество оставшегося метана:
1,5 моль CH4 - 0,5 моль CH4 = 1,0 моль CH4.
4. Массы образовавшихся веществ:
Масса CH3Cl = 0,5 моль * 50,5 г/моль ≈ 25,25 г (молярная масса CH3Cl = 12 + 3 + 35,5 = 50,5 г/моль).
Масса HCl = 0,5 моль * 36,5 г/моль ≈ 18,25 г.
5. Масса оставшегося метана:
Масса оставшегося CH4 = 1,0 моль * 16 г/моль = 16 г.
6. Общие массы:
- CH4 осталось: 16 г
- CH3Cl образовался: 25,25 г
- HCl образовался: 18,25 г
ответ (b):
Масса оставшегося метана CH4: 16 г
Масса образовавшегося CH3Cl: 25,25 г
Масса образовавшегося HCl: 18,25 г