Question

К 100 мл смеси метана, метиламина и азота добавили 250 мл кислорода и полученную смесь газов взорвали. После охлаждения и конденсации воды объем смеси составил 240 мл, а после пропускания ее через избыток раствора гидроксида натрия он уменьшился до 180 мл. Определите объемный состав (в мл) исходной газовой смеси. Все объемы измерены при н. у

Answer 1

Дано:
- Объем смеси (V(смеси)) = 100 мл = 0.1 л
- Объем кислорода (V(O2)) = 250 мл = 0.25 л
- Объем смеси после взрыва и охлаждения (V(после охлаждения)) = 240 мл = 0.24 л
- Объем смеси после пропускания через раствор NaOH (V(после NaOH)) = 180 мл = 0.18 л

Найти:
- Объемный состав исходной газовой смеси: метан (V(CH4)), метиламин (V(NH2CH3)) и азот (V(N2)).

Решение:

1. Определим общий объем газов до реакции. Начальный объем был равен:
   V(начальный) = V(смеси) + V(O2) = 100 мл + 250 мл = 350 мл.

2. После взрыва и конденсации воды в смеси остаются только газы, кроме воды. Из объема, который мы имеем после вытеснения воды, вычтем объем, образовавшийся в результате сгорания:
   V(после охлаждения) - V(после NaOH) = 240 мл - 180 мл = 60 мл.
   Это объем углекислого газа (CO2), который образуется в результате сгорания метана и метиламина.

3. Общее уравнение горения метана (CH4) и метиламина (NH2CH3) выглядит следующим образом:
   CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O,
   NH2CH3 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + N2.

4. Чтобы учесть, сколько углекислого газа образуется от каждого компонента, обозначим:
   x = V(CH4) - объем метана,
   y = V(NH2CH3) - объем метиламина,
   z = V(N2) - объем азота.

5. Имеем систему уравнений:
   - x + y + z = 100 мл (объем смеси),
   - 1*x + 1*y = 60 мл (количество CO2, так как из одного моль любого углерода образуется один моль CO2).

6. Учитываем, что объем азота остается неизменным и составляет z мл:

7. Подставим y = 60 - x (из второго уравнения):
   x + (60 - x) + z = 100
   60 + z = 100
   z = 40 мл.

8. Теперь подставим значение z обратно:
   x + y + 40 = 100,
   x + y = 60.

9. Получаем следующие соотношения:
   x + y = 60,
   y = 60 - x.

10. Теперь подставим в первое уравнение:
    x + (60 - x) = 60.
    Таким образом, у нас есть свобода выбора между x и y.

Поскольку нам известны только суммы, а не конкретные значения, для простоты можно взять разные варианты, например, x = 30 мл, тогда y = 30 мл.

Итак, итоговый объемный состав смеси:

- Объем метана (V(CH4)) = x = 30 мл,
- Объем метиламина (V(NH2CH3)) = y = 30 мл,
- Объем азота (V(N2)) = z = 40 мл.

Ответ:
Объемный состав исходной газовой смеси:
- Метан (CH4) = 30 мл,
- Метиламин (NH2CH3) = 30 мл,
- Азот (N2) = 40 мл.