Дано:
- Масса жидкости, увеличившаяся при пропускании смеси через бромную воду = 1,3 г
- Объем углекислого газа, образовавшегося при сгорании смеси = 14 л (н.у.)
Найти:
- Объем исходной газовой смеси
- Массовые доли этана и ацетилена в смеси
Решение:
1. Реакция с бромной водой:
- Ацетилен (C2H2) реагирует с бромной водой (Br2), добавляя два атома брома:
C2H2 + Br2 → C2H2Br2
- Масса брома, добавленного к ацетилену = 2 * 80 г/моль = 160 г/моль
- Увеличение массы жидкости на 1,3 г связано с добавлением брома к ацетилену, значит 1,3 г брома вступило в реакцию:
Масса брома в моль = 1,3 г / 160 г/моль = 0,008125 моль
2. Реакция сгорания:
- Этан (C2H6) сгорает по уравнению:
2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O
- Ацетилен (C2H2) сгорает по уравнению:
2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O
- Объем CO2 = 14 л (н.у.)
- Используем закон Бойля-Мариотта для определения молей CO2:
При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л
Количество молей CO2 = 14 л / 22,4 л/моль = 0,625 моль
3. Определение соотношения газов:
- Пусть x моль этана и y моль ацетилена в смеси
- Уравнение массы брома: 1,3 г = 160 г/моль * y моль
y = 1,3 / 160 = 0,008125 моль
- Уравнение образования CO2:
2x (моль CO2 от этана) + 2y (моль CO2 от ацетилена) = 0,625 моль CO2
x + y = 0,625 / 2 = 0,3125 моль
4. Решим систему уравнений:
- y = 0,008125 моль
- x + 0,008125 = 0,3125
- x = 0,3125 - 0,008125 = 0,304375 моль
5. Определим объем смеси:
- Объем этана и ацетилена при н.у.:
V = x * 22,4 л/моль + y * 22,4 л/моль
V = 0,304375 моль * 22,4 л/моль + 0,008125 моль * 22,4 л/моль
V = 6,8 л + 0,18 л = 6,98 л ≈ 7 л
Массовые доли веществ:
- Массовая доля этана: m_этан = 0,304375 моль * 30 г/моль = 9,13125 г
- Массовая доля ацетилена: m_ацетилен = 0,008125 моль * 26 г/моль = 0,21125 г
- Общая масса смеси = 9,13125 г + 0,21125 г = 9,3425 г
- Массовая доля этана = 9,13125 / 9,3425 = 0,976
- Массовая доля ацетилена = 0,21125 / 9,3425 = 0,024
Ответ:
- Объем исходной газовой смеси = 7 л
- Массовые доли: этан ≈ 97,6%, ацетилен ≈ 2,4%