Дано:
- Массовая доля углерода в газовой смеси (ω_C) = 0,36
- Молярная масса углекислого газа (CO2) = 44 г/моль
- Молярная масса угарного газа (CO) = 28 г/моль
- Молярная масса воздуха (обычно принимается как 29 г/моль)
Найти:
- Молярная концентрация угарного газа (C_CO) в смеси при нормальных условиях.
- Относительная плотность газовой смеси по воздуху.
Решение:
1. Пусть масса газовой смеси равна 100 г. Тогда массовая доля углерода в этой смеси составляет 36 г (0,36 * 100 г).
2. Рассчитаем массу углекислого и угарного газов в смеси. Обозначим массу углекислого газа как m_CO2 и массу угарного газа как m_CO:
m_CO + m_CO2 = 100 г
m_C = 12 г/моль (углерод в угарном газе) + 12 г/моль (углерод в углекислом газе).
3. Поскольку каждый моль углекислого газа содержит один атом углерода, а угарный газ также содержит один атом углерода, мы можем записать уравнение для массы углерода:
12n_CO + 12n_CO2 = 36 г,
где n_CO - количество молей угарного газа, n_CO2 - количество молей углекислого газа.
4. Соотношение между массами:
m_CO2 = n_CO2 * 44,
m_CO = n_CO * 28.
5. Подставляем это в уравнение для общей массы:
n_CO * 28 + n_CO2 * 44 = 100 г.
6. У нас есть две переменные (n_CO и n_CO2) и два уравнения. Теперь выразим одно из уравнений через другое.
7. Из первого уравнения:
12n_CO + 12n_CO2 = 36
n_CO + n_CO2 = 3.
8. Подставим n_CO2 = 3 - n_CO во второе уравнение:
n_CO * 28 + (3 - n_CO) * 44 = 100
28n_CO + 132 - 44n_CO = 100
-16n_CO + 132 = 100
-16n_CO = 100 - 132
-16n_CO = -32
n_CO = 2.
9. Теперь найдем n_CO2:
n_CO2 = 3 - n_CO = 3 - 2 = 1.
10. Найдем молярную концентрацию угарного газа:
C_CO = n_CO / V,
где V = 22,4 л (объем одного моля газа при н. у.):
C_CO = 2 моль / 22,4 л ≈ 0,0893 моль/л.
11. Теперь рассчитаем относительную плотность газовой смеси по воздуху. Для этого определим среднюю молярную массу смеси:
M_смешанной = (n_CO * 28 + n_CO2 * 44) / (n_CO + n_CO2)
M_смешанной = (2 * 28 + 1 * 44) / (2 + 1) = (56 + 44) / 3 = 100 / 3 ≈ 33,33 г/моль.
12. Относительная плотность по воздуху:
P_relative = M_смешанной / M_воздуха = 33,33 / 29 ≈ 1,15.
Ответ:
Молярная концентрация угарного газа в смеси при нормальных условиях составляет примерно 0,0893 моль/л. Относительная плотность газовой смеси по воздуху составляет примерно 1,15.