дано:
- объем газообразного вещества на выходе из колонки V_out = 2,688 дм3 = 2,688 * 10^-3 м3,
- увеличение массы колонки m_increase = 35,28 г.
найти:
а) уравнения реакций, протекающих в эксперименте.
б) объем исходной смеси газов.
решение:
а) При сгорании аммиака (NH3) и метана (CH4) в кислороде (O2) образуются углекислый газ (CO2) и вода (H2O).
Для реакции аммиака:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O.
Для реакции метана:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.
В результате сгорания образуются углекислый газ и водяные пары. Далее продукты сгорания пропускаются через столбик с оксидом бария (BaO). Вода конденсируется, а углекислый газ реагирует с оксидом бария, образуя карбонат бария (BaCO3).
Общая реакция с образованием карбоната бария:
CO2 + BaO → BaCO3.
б) Для определения объема исходной смеси воспользуемся увеличением массы колонки.
Увеличение массы связано с образованием карбоната бария.
Молярная масса BaCO3 ≈ 197 г/моль.
Количество вещества карбоната бария, полученного при реакции:
n_BaCO3 = m_increase / M_BaCO3 = 35,28 г / 197 г/моль ≈ 0,179 моль.
Объем углекислого газа, который реагировал с оксидом бария, равен количеству вещества умноженному на молярный объем газа при нормальных условиях (22,4 л/моль):
V_CO2 = n_BaCO3 * V_m = 0,179 моль * 22,4 дм3/моль ≈ 4,00 дм3.
Теперь нам нужно учесть, что один моль метана дает один моль углекислого газа, а при сгорании аммиака образуется N2 и H2O, которые объем не увеличивают.
Таким образом, объем исходной смеси будет равен:
V_initial = V_CO2 + V_NH3 + V_CH4,
где V_NH3 и V_CH4 будут зависеть от соотношения в исходной смеси.
Согласно стехиометрии, если предположить, что все продукты сгорания в газовом состоянии, то:
V_initial = V_CO2 + V_out = 4,00 дм3 + 2,688 дм3 = 6,688 дм3.
Ответ:
а) Уравнения реакций приведены выше.
б) Объем исходной смеси газов составляет 6,688 дм3.