2. Расчеты по уравнениям химических реакций

(задачи №№ 26 – 50).

Литература:

1. Глинка Н.Л. "Общая химия". - Л.: Химия, 1986, введение, гл.1, с.11-45.

2. Кожевникова Н.Ю., Коробейникова Е.Г., Кутуев Р.Х., Малинин В.Р., Решетов А.П. "Общая химия". Учебное пособие. - Л.: СПбВПТШ, 1991, тема 3, с.17-26.

3. Глинка Н.Л. "Задачи и упражнения по общей химии". - Л.: Химия, 1987, гл.1., с. 7-23.

4. Свидзинская Г.Б. Задачи и упражнения по общей химии, часть 1. "Основные понятия и законы химии". - Л.: СПбВПТШ, 1997.

Наиболее важными для дальнейшего усвоения химии и смежных дисциплин являются умение грамотно записывать уравнения реакций горения различных веществ в кислороде и в воздухе; рассчитывать концентрационные пределы распространения пламени; решать "задачи на горение" (расчет массы и объема сгоревшего вещества; расчет объема воздуха, затраченного на горение; расчет объема и массы образовавшихся продуктов горения).

Пример 2.1.Какой объем этанаС₂Н₆сгорел, если в результате образовалось 3 кг паров воды? Температура 20⁰С, давление 98 кПа.

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения этана в воздухе.

Х м³ 3 кг

С₂Н₆ + 3,5(О₂ + 3,76 N₂) = 2СО₂ + 3Н₂О + 3,53,76 N₂

V_М= 3М=

= 24,9 м³= 318 кг

2. В соответствии с условием задачи в уравнении реакции над формулами веществ записываем неизвестные и известные величины с указанием размерности.

Под формулами веществ записываем

- молярную массу (Мкг/кмоль) соответствующего вещества (в том случае, если дана масса или надо определить массу в кг) или

- молярный объем (V_Мм³/кмоль) вещества, находящегося в газовой фазе (в том случае, если дан объем или надо определить объем в м³).

Стехиометрические коэффициенты, стоящие в уравнении реакции и обозначающие число кмоль веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции, необходимо учитывать, умножая МилиV_М на соответствующий стехиометрический коэффициент.

Молярная масса воды V_М= 18 кг/кмоль. В данной задаче стехиометрический коэффициент передН₂Оравен 3, поэтому под формулой воды следует написать 3М= 318 кг.

При нормальных условиях объем любого газа (пара) равен V₀ = 22,4 м³/кмоль.

Нормальными условиями считаются: температура Т₀= 273 К (0⁰С);

давление Р₀ = 760 мм рт.ст. = 1 атм = 10⁵ Па = = 0,1 МПа = 101,3 кПа

Если условия отличаются от нормальных, то необходимо определить, какой объем будет занимать 1 кмоль любого газообразного вещества при данных условиях. Расчет V_Мведут по формуле объединенного газового закона:

, где

Р и Т – данные в задаче температура и давление.

Для нашей задачи рассчитываем молярный объем при заданных условиях: м³/кмоль.

Размерность Р₀должна соответствовать размерности давления, приведенного в условии задачи.

Найденное значениеV_Мподставляем под формулой этана (стехиометрический коэффициент перед горючим веществом всегда должен быть равен 1!).

3. Определим объем сгоревшего этана. Согласно уравнению реакции можно составить следующую пропорцию:

24,9 м³С₂Н₆ соответствуют 318 кгН₂О

Х м³С₂Н₆ соответствуют 3 кгН₂О.

Отсюда

м³.

Ответ:сгорело 1,38 м³этана.

Пример 2.2. Какая концентрация углекислого газа (в объемных %) образовалась в помещении объемом 500 м³, если сгорело 5 кг ацетонаСН₃СОСН₃? Температура –5⁰С, давление 750 мм рт.ст.

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

5 кг Хм³

СН₃СОСН₃ + 4(О₂ + 3,76 N₂) = 3СО₂ + 3Н₂О + 43,76 N₂

М= 58 кг 3V_М =

= 322,3 м³

2. Записываем в уравнении известные и неизвестные величины с указанием размерности.

3. Молярная масса ацетона 58 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой ацетона.

4. Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль углекислого газа (как и любого другого газообразного вещества) при данных температуре и давлении.

м³/кмоль.

Записываем данную величину под формулой углекислого газа, умножив ее на стехиометрический коэффициент 3.

5. По уравнению реакции найдем объем углекислого газа, образовавшегося в результате сгорания ацетона:

м³.

6. Рассчитаем объемную концентрацию углекислого газа в помещении:

%.

Ответ:объемная концентрация углекислого газа составила 1,16 %.