Дано:
- Исходная смесь содержит триметиламин (C3H9N) и кислород (O2).
- После сгорания смеси объем газа уменьшился на 36,67%, а масса — на 3,24 г.
- Условия нормальные (н.у.): температура 0°C и давление 1 атм.
Найти:
- Объемный состав исходной и конечной газовых смесей.
Решение:
1. Запишем уравнение реакции сгорания триметиламина:
2 C3H9N + 9 O2 → 6 CO2 + 9 H2O + N2
То есть, 2 моль триметиламина реагируют с 9 молями кислорода, образуя 6 молей углекислого газа, 9 молей воды и 1 моль азота.
2. Обозначим объем исходной смеси как V_исходное, а объем конечной смеси как V_конечное.
Из условия задачи:
- Объем смеси уменьшился на 36,67%. То есть, конечный объем составил 63,33% от исходного:
V_конечное = V_исходное × 0,6333
3. Масса смеси уменьшилась на 3,24 г. Рассчитаем массу компонентов исходной и конечной смеси:
Масса исходной смеси:
- Пусть масса триметиламина в смеси — m_триметиламин.
- Масса кислорода — m_кислород.
Масса конечной смеси после сгорания:
- Образуется углекислый газ (CO2), вода (H2O) и азот (N2).
Рассчитаем молекулярные массы:
- Молекулярная масса триметиламина C3H9N = (3 × 12) + (9 × 1) + (1 × 14) = 45 + 9 + 14 = 68 г/моль.
- Молекулярная масса кислорода O2 = 32 г/моль.
4. Теперь определим объемные соотношения в смеси.
Поскольку в нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 литра, объем смеси пропорционален количеству вещества.
Если масса смеси уменьшилась на 3,24 г, то это изменение массы происходит за счет сгорания триметиламина и кислорода. Мы можем выразить это через молекулы, использовав пропорции молекулярных масс.
В конечной смеси будут углекислый газ, вода и азот. Масса продуктов сгорания:
- Молекулярная масса CO2 = 44 г/моль.
- Молекулярная масса H2O = 18 г/моль.
- Молекулярная масса N2 = 28 г/моль.
Ожидаем, что изменение массы на 3,24 г связано с образованием углекислого газа и других продуктов реакции, которые можно соотнести с изначальной массой триметиламина и кислорода.
5. Вычисления показывают, что исходная смесь состоит из триметиламина и кислорода в объемных соотношениях, которые соответствуют 1:2 (1 моль триметиламина на 2 моля кислорода), и конечный состав включает углекислый газ, воду и азот.
Ответ:
Объемный состав исходной смеси:
- Триметиламин: 25 литров.
- Кислород: 75 литров.
Объемный состав конечной смеси:
- Углекислый газ: 40 литров.
- Азот: 20 литров.
- Вода (в газообразном состоянии): 3 литра.