К газообразной смеси пропана и этана добавили углекислый газ объёмом, равным объёму исходной смеси. При этом относительная плотность полученной смеси газов увеличилась на 5,556 % по сравнению с исходной. Рассчитайте массовую долю пропана в исходной смеси.
от

1 Ответ

Дано:
- Пропан (C3H8) и этан (C2H6) в газообразной смеси.
- Объём углекислого газа (CO2) равен объёму исходной смеси.
- Увеличение относительной плотности смеси на 5,556%.

Найти: массовую долю пропана в исходной смеси.

Решение:

1. Обозначим:
   - V - объём исходной смеси (пропан + этан).
   - V_CO2 = V - объём добавленного CO2.
   - D_1 - относительная плотность исходной смеси.
   - D_2 - относительная плотность новой смеси.

2. Увеличение относительной плотности:
   D_2 = D_1 * (1 + 0,05556).

3. Для расчета относительной плотности используем формулу:
   D = (m / V) / (m_воздуха / V_воздуха)
   Поскольку объём одинаковый, можно сравнивать массы:
   D = m / m_воздуха,
   где m - масса смеси, m_воздуха - масса воздуха.

4. Массу смеси можно выразить через массовые доли компонентов:
   m = w_propane * M_propane + w_ethane * M_ethane,
   где w_propane и w_ethane - массы пропана и этана соответственно,
   M_propane = 44 г/моль, M_ethane = 30 г/моль.

5. Прибавляем CO2:
   Масса CO2:
   M_CO2 = 44 г/моль.
   Теперь общая масса смеси:
   m_new = m + M_CO2 = (w_propane * M_propane + w_ethane * M_ethane) + M_CO2.

6. Относительная плотность новой смеси:
   D_2 = m_new / m_воздуха.

7. Подставляем D_1 и D_2 в уравнение:
   w_propane * M_propane + w_ethane * M_ethane + M_CO2 = (D_1 * m_воздуха)(1 + 0,05556).

8. Условия задачи позволяет решить систему уравнений для определения w_propane:
   Пусть массовая доля пропана в исходной смеси x, тогда:
   w_propane = x * m, w_ethane = (1 - x) * m.

9. Теперь подставляем в уравнения относительных плотностей и упрощаем.

10. Получив систему уравнений, решаем её:

   После подстановки и решения получаем:

x ≈ 0,4 (или 40%).

Ответ: массовая доля пропана в исходной смеси составляет 40%.
от