2019-06-21
При сжигании 20,8 г смеси оксида углерода (И) и кислорода выделилось 113,16 кДж тепла. А при сжигании этого же количества смеси с некоторым количеством водорода выделилось 150 кДж тепла. Вычислить процентный состав исходной смеси, если теплоты образования оксида углерода (II), оксида углерода (IV) и воды соответственно равны 110,4, 393,3 и 241,6 кДж/моль.
Решение:
Рассчитаем тепловой эффект реакции горения угарного газа:
$2CO + O_{2} = 2CO_{2} + Q$
Согласно следствию из закона Гесса тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования конечных продуктов и суммой теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:
$Q = 2Q_{\:обр. CO_{2}} - ( 2Q_{обр. \: CO} + Q_{обр. \: O_{1}})$
Теплотой образования вещества называется количество тепла, которое выделяется или поглощается при образовании 1 моль вещества из простых веществ. Теплоты образования простых веществ (их наиболее устойчивых при стандартных условиях форм) приняты равными 0. Поэтому:
$Q = 2Q_{\:обр. CO_{2}} - 2Q_{\:обр. CO} = 393,3 \cdot 2 - 110,4 \cdot 2 = 565,8$ (кДж)
Согласно уравнению реакции:
при сжигании 2 моль $CO$ выделяется 565,8 кДж
при сжигании $x$ моль $CO$ выделяется 113,16 кДж
$x = 0,4$ моль или 11,2 г $CO$
С этим количеством $CO$ вступает в реакцию 0,2 моль или 6,4 г кислорода. Масса смеси газов будет равна 17,6 г (11,2 + 6,4). Так как согласно условию задачи масса исходной смеси газов 20,8 г, то один из газов был взят в избытке. Проанализируем, какой газ взят в избытке.
При сжигании исходной смеси с водородом могут протекать реакции:
$2H_{2} + O_{2} = 2H_{2}O$
$2CO + O_{2} = 2CO_{2}$
Согласно условию задачи при этом выделяется 150 кДж тепла. Это возможно при избытке в смеси кислорода, так как оксид углерода (II) с водородом не взаимодействует. Следовательно, в смеси содержалось 11,2 г $CO$ и 9,6 г ($20,8 - 11,2$) $O_{2}$. Процентный состав соответственно равен 53,85 и 46,15 %.