Дано:
- Объем смеси бутена-1 и водорода = 22,4 дм3 (н. у.).
- Объемное соотношение бутен-1 и водорода = 1:4.
Найти:
- Объемы (н. у.) и объемные доли веществ в полученной смеси после реакции.
Решение:
1. Определим объемы компонентов в смеси.
Соотношение 1:4 означает, что на 1 объем бутена-1 приходится 4 объема водорода.
Всего частей = 1 + 4 = 5.
Объем бутена-1:
V(бутен-1) = (1/5) * 22,4 дм3 = 4,48 дм3.
Объем водорода:
V(водород) = (4/5) * 22,4 дм3 = 17,92 дм3.
2. Реакция гидрирования бутена-1 (C4H8) с водородом (H2) можно записать следующим образом:
C4H8 + H2 → C4H10.
В данной реакции 1 моль бутена-1 реагирует с 1 моль водорода для получения 1 моля н-бутана.
3. По объему газа можно определить количество вещества:
При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 дм3.
Количество вещества бутена-1:
n(бутен-1) = V(бутен-1) / 22,4 дм3/моль = 4,48 дм3 / 22,4 дм3/моль = 0,200 моль.
Количество вещества водорода:
n(водород) = V(водород) / 22,4 дм3/моль = 17,92 дм3 / 22,4 дм3/моль = 0,800 моль.
4. Поскольку бутен-1 прореагировал полностью, то весь бутен-1 будет преобразован в н-бутан:
n(н-бутан) = n(бутен-1) = 0,200 моль.
5. Определим объем образовавшегося н-бутана (C4H10):
V(н-бутан) = n(н-бутан) * 22,4 дм3/моль = 0,200 моль * 22,4 дм3/моль = 4,48 дм3.
6. После реакции объем водорода, который не прореагировал:
Из 0,800 моль водорода прореагировало 0,200 моль, значит остался:
n(водород, остаток) = 0,800 моль - 0,200 моль = 0,600 моль.
Объем оставшегося водорода:
V(водород, остаток) = n(водород, остаток) * 22,4 дм3/моль = 0,600 моль * 22,4 дм3/моль = 13,44 дм3.
7. Определим общий объем после реакции:
Общий объем = V(н-бутан) + V(водород, остаток) = 4,48 дм3 + 13,44 дм3 = 18,00 дм3.
8. Теперь рассчитаем объемные доли веществ в полученной смеси:
Объемная доля н-бутана:
φ(н-бутан) = V(н-бутан) / Общий объем = 4,48 дм3 / 18,00 дм3 ≈ 0,2489 или 24,89%.
Объемная доля оставшегося водорода:
φ(водород) = V(водород, остаток) / Общий объем = 13,44 дм3 / 18,00 дм3 ≈ 0,7489 или 74,89%.
Ответ:
Объем н-бутана составляет 4,48 дм3, объем оставшегося водорода составляет 13,44 дм3. Объемная доля н-бутана составляет примерно 24,89%, объемная доля оставшегося водорода составляет примерно 74,89%.