Газовую смесь объёмом (н. у.) 200 дм3, содержащую 15 % водорода по объёму и угарный газ, сожгли в необходимом количестве кислорода. Чему равна плотность газообразной смеси при 400 К и 101,3 кПа, полученной в результате сжигания? Какой объём (н. у.) воздуха, содержащего 21 % кислорода по объёму, требуется для полного сжигания исходной смеси объёмом 20 дм3?
от

1 Ответ

Дано:
V(смеси) = 200 дм³ = 200 * 10^-3 м³
φ(H₂) = 15%
T = 400 К
P = 101,3 кПа = 101300 Па
φ(O₂) в воздухе = 21%
M(H₂) = 2 г/моль
M(CO) = 28 г/моль
M(CO₂) = 44 г/моль
M(H₂O) = 18 г/моль
M(воздуха) = 29 г/моль
Найти:
D(конечной смеси) - плотность конечной смеси
V(воздуха) - объем воздуха
Решение:
Найдем объемы водорода и угарного газа в исходной смеси: V(H₂) = V(смеси) * φ(H₂) = 200 * 0,15 = 30 дм³ V(CO) = V(смеси) - V(H₂) = 200 - 30 = 170 дм³

Составим уравнения реакций сгорания: 2H₂ + O₂ → 2H₂O 2CO + O₂ → 2CO₂

Из уравнений видно, что для сгорания 2 моль водорода требуется 1 моль кислорода, а для сгорания 2 моль угарного газа требуется 1 моль кислорода.

Найдем объемы кислорода, необходимые для сгорания водорода и угарного газа: V(O₂) для H₂ = V(H₂) / 2 = 30 / 2 = 15 дм³ V(O₂) для CO = V(CO) / 2 = 170 / 2 = 85 дм³

Найдем общий объем кислорода: V(O₂) = V(O₂) для H₂ + V(O₂) для CO = 15 + 85 = 100 дм³

Найдем объем воздуха, необходимый для сгорания: V(воздуха) = V(O₂) / φ(O₂) в воздухе = 100 / 0,21 ≈ 476,2 дм³

Найдем количество вещества воды и углекислого газа, образовавшихся в результате сгорания: n(H₂O) = V(H₂) / 22,4 = 30 / 22,4 ≈ 1,34 моль n(CO₂) = V(CO) / 22,4 = 170 / 22,4 ≈ 7,59 моль

Найдем массу конечной смеси: m(конечной смеси) = n(H₂O) * M(H₂O) + n(CO₂) * M(CO₂) = 1,34 * 18 + 7,59 * 44 ≈ 361,5 г

Найдем объем конечной смеси, используя уравнение состояния идеального газа: V(конечной смеси) = n(конечной смеси) * R * T / P = (1,34 + 7,59) * 8,31 * 400 / 101300 ≈ 0,32 м³ = 320 дм³

Найдем плотность конечной смеси: D(конечной смеси) = m(конечной смеси) / V(конечной смеси) = 361,5 / 320 ≈ 1,13 г/дм³

Ответ:
D(конечной смеси) ≈ 1,13 г/дм³
V(воздуха) ≈ 476,2 дм³
от