Масса углекислого газа, полученного в результате сгорания смеси бензола и толуола, в 4,444 раза больше массы образовавшейся воды. Определите массовую долю толуола в исходной смеси.
от

1 Ответ

дано:  
- отношение массы углекислого газа к массе воды: m(CO2) = 4,444 * m(H2O)

найти:  
- массовую долю толуола (wToluol) в исходной смеси

решение:  
На основе уравнений реакций сгорания бензола и толуола:

Для бензола (C6H6):
C6H6 + 7,5 O2 → 6 CO2 + 3 H2O  
При сгорании 1 моль бензола образуется 6 моль CO2 и 3 моль H2O.

Для толуола (C7H8):
C7H8 + 9 O2 → 7 CO2 + 4 H2O  
При сгорании 1 моль толуола образуется 7 моль CO2 и 4 моль H2O.

Обозначим количество бензола в смеси как nBenzol и количество толуола как nToluol.

Массы углекислого газа и воды, полученные от сгорания смеси, могут быть выражены через количество вещества:

m(CO2) = 44 * (6 * nBenzol + 7 * nToluol)  
m(H2O) = 18 * (3 * nBenzol + 4 * nToluol)

Согласно условию задачи:
44 * (6 * nBenzol + 7 * nToluol) = 4,444 * 18 * (3 * nBenzol + 4 * nToluol)

Упростим это уравнение:
44 * (6 * nBenzol + 7 * nToluol) = 79,992 * (3 * nBenzol + 4 * nToluol)

Теперь раскроем скобки:
264 * nBenzol + 308 * nToluol = 239,976 * nBenzol + 319,968 * nToluol

Переносим все слагаемые на одну сторону:
(264 - 239,976) * nBenzol + (308 - 319,968) * nToluol = 0
24,024 * nBenzol - 11,968 * nToluol = 0

Отсюда можно выразить nToluol через nBenzol:
nToluol = (24,024 / 11,968) * nBenzol

Теперь найдем массовую долю толуола. Масса смеси будет равна:
mTotal = mBenzol + mToluol  
mTotal = nBenzol * 78 + nToluol * 92

Подставим nToluol:
mTotal = nBenzol * 78 + ((24,024 / 11,968) * nBenzol) * 92  
mTotal = nBenzol * (78 + (24,024 * 92 / 11,968))

Теперь вычислим массовую долю толуола:
wToluol = mToluol / mTotal * 100%
wToluol = (nToluol * 92) / (nBenzol * 78 + nToluol * 92) * 100%
wToluol = ((24,024 / 11,968) * nBenzol * 92) / (nBenzol * 78 + ((24,024 / 11,968) * nBenzol) * 92) * 100%

Сократим nBenzol:
wToluol = (24,024 * 92) / (11,968 * 78 + 24,024 * 92) * 100%

Теперь подставим значения и вычислим:
wToluol = (2200,208) / (935,424 + 2200,208) * 100%  
wToluol ≈ 2200,208 / 3135,632 * 100% ≈ 70,23%

ответ:  
массовая доля толуола в исходной смеси составляет приблизительно 70,23%
от