Химия

8 класс
Вопрос
При нагревании выше $350^{\circ} С$ этилен подвергли пиролизу, в результате чего образовались метан и ацетилен. Тепловой эффект этой реакции равен 12 ккал/моль. Пробу смеси газов, полученную в результате частичного пиролиза этилена, сожгли, определив выделившееся при этом тепло. Было подсчитано, что если бы исследуемая проба состояла из чистого этилена, то при ее сгорании выделилось бы на 0,3 ккал больше; если же в состав смеси входили бы только продукты пиролиза, то при сгорании выделилось бы на 1,2 ккал меньше. Вычислите: а) состав исследуемой смеси газов (в процентах по массе и объему); б) массу и объем исследуемой пробы газовой смеси при и 1 атм; в) количество тепла, выделившегося при сгорании анализируемой пробы; г) степень превращения этилена в газы пиролиза. При вычислениях принимать теплоту сгорания метана, равной 212 ккал/моль и ацетилена 310 ккал/моль.
Ответ


$3C_2H_4 = 2CH_4 + 2C_2H_2 + Q$,
$2CH_4 + 4O_2 = 2CO_2 + 4H_2O + 2Q_1$,
$2C_2H_2 + 5O_2 - 4CO_2 + 2H_2O + 2Q_2$,
$3C_2H_4 + 9O_2 = 6CO_2 + 6H_2O + 3Q_3$,
$3Q + 2Q_1 + 2Q_2 + 3Q_3 = 0$,
$3Q_3 = 2Q_1 + 2Q_2 + 3Q$,
$Q_3 = Q + \frac{2Q_1 + 2Q_2}{3}$,
$Q_1 = - 212$ ккал,
$Q_2 = - 310$ ккал.

Теплота сгорания этилена равна

$Q_3 = (+12) + \frac {2 (-212 - 310)}{3} = - 336$ ккал/моль.

Обозначим число молей в пробе смеси через $у$, число молей метана, равное числу молей ацетилена, через $x$; тогда число молей неразложившегося этилена будет равно $(y-2x)$.

Состав проб в трех случаях, рассмотренных в условии задачи, можно представить в виде таблицы.



$y \cdot Q_3 + 0,3 = \frac{y}{2} (Q_1 + Q_2) - 1,2$,
$y \cdot Q_3 - \frac{y}{2} (Q_1 + Q_2) = -1,5$,
$(2Q_3 - Q_2 - Q_1)y = -3$,
$y = \frac {-3}{2Q_3 - Q_2 - Q_1}y = -3$,
$y = \frac {-3}{2Q_3 - Q_2 - Q_1}$,
$y = \frac {-3}{-672 +212 + 310} = 3/150 = 0,02$ моля,
$(y - 2x) \cdot Q_3 + xQ_2 + xQ_1 = yQ_3 + 0,3$,
$yQ_3 - 2xQ_3 + (Q_1 + Q_2)x - yQ_3 = 0,3$,
$(Q_1 + Q_2 - 2Q_3)x = 0,3$,
$x = \frac{0,3}{Q_1 + Q_2 - 2Q_3} = 0,002$ моля.

Отобранный образец содержит

$y - 2x = 0,02 - 0,004 = 0,016$ молей этилена массой $0,016 \cdot 28 = 0,448$ г,
$x = 0,002$ моля ацетилена массой $0,002 \cdot 26 = 0,052$ г,
$x = 0,002$ моля метана массой $0,002 \cdot 16 = 0,032$ г.
Масса всей пробы равна $0,448 + 0,052 + 0,032 = 0,532$ г.
8 класс Химия Средняя

Ещё по теме

А. Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы. Подготовительный этап в производстве алюминия состоит в получении чистой окиси алюминия. Один из промышленных способов осуществления этой операции, предложенный Педерсеном, заключается в следующем: боксит, содержащий примерно 59 % $Al_2O_3$, 24 % $Fe_2O_3$, 7 % ($SiO_2 + TiO_2$) и 10 % $H_2O$, мелко размалывают, смешивают с известняком и коксом и подвергают сплавлению (спеканию) в электропечи при температуре $1500-1700^{\circ} C$. Часть соединений, входящих в состав смеси, при этом восстанавливается, часть разлагается, кроме того, в процессе сплавления образуется метаалюминат кальция в форме шлака с мольным отношением $Ca : Al = 1 : 2$. Из плава метаалюминат кальция извлекают выщелачиванием с помощью горячего раствора соды. После отделения от нерастворимых примесей чистый раствор алюмината натрия насыщают газообразной двуокисью углерода, что приводу к выпадению осадка $X$, который дополнительно подвергают ряду операций. В результате получается чистая окись алюминия (с выходом 85 % по отношению к количеству $Al_2O_3$, содержавшемуся в руде). а. Приведите уравнения реакций, протекающих при спекании, и назовите вещества, которые образуются в качестве побочных продуктов процесса. б. Напишите уравнения реакций, происходящих в процессе выщелачивания шлаков, и укажите вещества, которые входят в состав осадка, отделяемого фильтрованием. в. Напишите уравнение реакции осаждения осадка $X$ и объясните, на чем основывается процесс переработки $X$ в $Al_2O_3$. г. Вычислите, из какого количества руды (т) получается 1 т чистой окиси $Al_2O_3$. Б. Смесь расплавов $Al_2O_3$ и криолита $Na_3AlF_6$ подвергают электролизу на угольных анодах. Процесс электролиза протекает без выделения кислорода, так как последний полностью вступает в соединение с элементами, входящими в состав анода, и образует двуокись углерода. На 1 т получаемого алюминия расходуется около 400 кг углерода, входящего в состав анодов, при этом в течение суток при токе 100 кА выделяется несколько меньше 700 кг алюминия. Кроме алюминия на катоде не образуется никаких других продуктов. Условия технологического процесса таковы, что не происходит ни восстановления окиси или двуокиси углерода до углерода, ни восстановления двуокиси углерода углеродом и криолит не вступает ни в какие химические реакции. Образующийся в ходе электролиза газ содержит двуокись и окись углерода. Механическими потерями материала анода можно пренебречь. а. Напишите уравнения реакции, при которой образуется окись углерода. б. Вычислите состав газа (в процентах по объему), если известно, что на производство 1 т алюминия расходуется 400 кг углерода. в. Вычислите точно массу алюминия, выделяемую в течение суток при токе 100 кА. г. На основании закона Фарадея выведите формулу общей зависимости $W = f(z)$ выхода алюминия $W$ от процентного содержания (по объему) $CO_2$ в газах $z$. Проверьте применимость полученной вами формулы к условиям задачи. д. Вычислите эффективность (выход) процесса электролиза, если содержание $CO_2$ в отходящих газах составляет 80 % по объему. Пользуясь данными, приведенными в первой части задачи ($A$), вычислите, какое количество боксита необходимо для производства 1 т алюминия при данной эффективности процесса. е. Объясните роль криолита в проведении процессов электролиза.
8 класс Химия Средняя