Question

Пропан C3H8 и бутан C4H10 представляют собой газообразные при н. у. органические вещества. Их смесь используется для заполнения газовых зажигалок. В резервуар зажигалки эти вещества вводятся при повышенном давлении, благодаря чему они находятся там в жидком агрегатном состоянии. а) Приведите уравнения сгорания пропана и бутана в кислороде. б) Какой объём при н. у. занимает пропан-бутановая смесь массой 10,0 г, если массовая доля водорода в ней составляет 18,0 %? в) Рассчитайте объём воздуха с массовой долей кислорода, равной 20,0 %, необходимого для полного сжигания пропан-бутановой смеси массой 10,0 г, имеющей приведённый в пункте б) состав

Answer 1

дано:
- масса смеси пропана и бутана = 10,0 г,
- массовая доля водорода в смеси = 18,0 %.

найти:
а) уравнения сгорания пропана и бутана.
б) объём пропан-бутановой смеси при н.у.
в) объём воздуха, необходимый для полного сжигания смеси.

решение:

а) Уравнения сгорания:
1. Сгорание пропана (C3H8):
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O.

2. Сгорание бутана (C4H10):
C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O.

б) Для нахождения объёма пропан-бутановой смеси определим массу водорода и углерода в смеси.

Масса водорода в смеси:
m_H = 10,0 г * 0,18 ≈ 1,8 г.

Масса остальных компонентов (углерод):
m_C = 10,0 г - m_H ≈ 10,0 г - 1,8 г = 8,2 г.

Для определения количества вещества углерода (C) и водорода (H):
n_H = m_H / M_H = 1,8 г / 1 г/моль = 1,8 моль,
n_C = m_C / M_C = 8,2 г / 12 г/моль ≈ 0,683 моль.

Общее количество вещества:
n_total = n_H + n_C = 1,8 моль + 0,683 моль ≈ 2,483 моль.

При нормальных условиях (н.у.) объем одного моля газа составляет 22,4 л/моль:
V_mixture = n_total * V_m = 2,483 моль * 22,4 л/моль ≈ 55,6 л.

в) Для полного сжигания пропан-бутановой смеси необходимо определить общее количество кислорода, который потребуется для реакции.

Сначала найдем, из каких компонентов состоит смесь. Пропан и бутан имеют разные коэффициенты расхода кислорода на 1 моль.

Если предположить, что вся масса смеси состоит либо из пропана, либо из бутана, то можно использовать усредненные значения их реакции.

Поскольку в смеси находятся как пропан, так и бутан, давайте рассчитаем, сколько кислорода требуется.

Предположим, что смесь состоит из 1 моль пропана и 1 моль бутана:
- 1 моль пропана требует 5 моль кислорода.
- 1 моль бутана требует 6,5 моль кислорода (13/2).

Таким образом, для каждого моля смеси (1 моль пропан и 1 моль бутан) потребуется:
O2_total = 5 моль + 6,5 моль = 11,5 моль O2.

Теперь мы знаем, что каждый моль кислорода занимает объем 22,4 л при н.у. Поэтому общий объем кислорода будет:
V_O2 = O2_total * V_m = 11,5 моль * 22,4 л/моль = 257,6 л.

Так как воздух содержит 20% кислорода, нам нужно найти объем воздуха:
V_air = V_O2 / 0,20 = 257,6 л / 0,20 = 1288 l.

Ответ:
а) Уравнения сгорания: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O; C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O.
б) Объём пропан-бутановой смеси при н.у. составляет примерно 55,6 л.
в) Объём воздуха, необходимый для полного сжигания смеси, составляет примерно 1288 л.