Домашние задания: Химия

Помогите пожалуйста решить задачи

11,2л аммиака (н.у.) сожгли в избытке кислорода, образовавшуюся смесь газов привели к н.у. и пропустили через озонатор, после чего плотность полученной газовой смеси по аргону стала равна 0,9. Определите объем взятого кислорода (н.у.) и объемную долю озона в конечной газовой смеси, если известно, что объем газовой смеси до озонирования был на 16,667 % больше конечного объема.
Суть в том, что аммиак сожгли без катализатора в избытке кислорода, часть которого в дальнейшем превратилась в озон.
4NH3 + 3O2 + 2N2 + 6H2O
Получено азота и затрачено кислорода
n(N2)=(11.2/22.4)/2 = 0.25 моль
n(O2)=(11.2/22.4)*(3/4) = 0.375 моль
-------------------------------------------------------------------------------------
Озонатор
Начальное количество (0.25 + X) где X - избыточное количество кислорода до озонатора
Конечное количество (0,25+X-Y+Y/1.5)
Y - количество кислорода, перешедшего в озон, Y/1.5 - образовано озона 3O2 => 2O3
Плотность конечной смеси
D(N2+O2+O3)=0.9*40 = 36 грамм/моль
Выражение средней молярной массы конечной смеси
(0.25*28+(X-Y)*32+(Y/1.5)*48)/(0.25+X-Y+Y/1.5) = 36
Отношение первичной и конечной газовой смеси
(0.25+X)/1,16667= (0.25+X-Y+Y/1.5)
Два уравнения
(0.25*28+(X-Y)*32+(Y/1.5)*48)/(0.25+X-Y+Y/1.5) = 36
(0.25+X)/1,16667= (0.25+X-Y+Y/1.5)
X = 0.625 моль Y = 0.375 моль
Образовано озона (0,375/1,5) = 0,25 моль
Осталось кислорода 0,625 - 0,375 = 0,25 моль
Количество конечной смеси
n(N2 + O2 + O3) = 0.25 + 0,25+ 0,25 = 0,75 моль
X(O3) = 0.25/0.75 = 0.333 - 33.3% - мольная доля озона в конечной смеси, она же объемная.
Начальное количество кислорода 0,625+0,375 = 1 моль - 22,4 литра
АГ
Александр Горновой
76 731
Лучший ответ
Для решения задачи воспользуемся законами Дальтона и Авогадро.
Согласно закону Дальтона, суммарное давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений ее компонентов. Парциальное давление каждого газа зависит от его объемной доли и общего давления газовой смеси.
Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях температуры и давления одинаковые объемы газов содержат одинаковое число молекул.
Из условия задачи известно, что было взято 11,2 л аммиака (н.у.). Это означает, что количество молекул аммиака равно количеству молекул итоговой газовой смеси после озонирования. Поэтому можно записать следующее уравнение:
n(NH3) = n(конечная смесь) = P(конечная смесь) * V(конечная смесь) / (RT)
где n(NH3) - количество молекул аммиака, P(конечная смесь) - давление конечной газовой смеси, V(конечная смесь) - объем конечной газовой смеси, R - универсальная газовая постоянная, T - температура (в н.у.).
Для нахождения объема кислорода можно воспользоваться тем же уравнением для парциального давления кислорода:
n(O2) = P(O2) * V(конечная смесь) / (RT)
где n(O2) - количество молекул кислорода, P(O2) - парциальное давление кислорода в конечной газовой смеси.
Известно также, что объем газовой смеси до озонирования был на 16,667% больше конечного объема. Это означает, что объем конечной газовой смеси составляет 6/7 от начального объема:
V(конечная смесь) = V(начальная смесь) * 6/7
Сначала найдем количество молекул аммиака:
n(NH3) = P(конечная смесь) * V(конечная смесь) / (RT)
n(NH3) = P(конечная смесь) * V(начальная смесь) * 6/7 / (RT)
Из условия задачи известно, что объем исходной смеси газов был на 16,667% больше, чем конечный объем, т.е. V1 = 1,1667V2.
Также известно, что плотность полученной газовой смеси по аргону стала равна 0,9. Это означает, что масса 1 литра смеси равна 0,9 грамма по аргону.
Для решения задачи необходимо определить, сколько кислорода было взято изначально, а также объемную долю озона в конечной газовой смеси.
Сначала найдем количество азота в конечной смеси:
4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O
Так как аммиак взят в избытке, то он полностью реагирует. Поэтому количество молей кислорода, участвовавшего в реакции, можно найти, зная количество молей аммиака:
n(O2) = n(NH3) × (5/4) = (11,2 л × 1 атм)/(0,0821 л × атм/моль × 298 К) × (5/4) ≈ 2,31 моль
Объем кислорода, участвовавшего в реакции, можно найти, зная его количество молей и нормальные условия (н.у.):
V(O2) = n(O2) × (RT/P) = 2,31 моль × (0,0821 л × атм/моль × 273 К)/(1 атм) ≈ 53,9 л
Теперь найдем объем озона в конечной смеси. Так как мы знаем плотность смеси по аргону, мы можем вычислить ее молярную массу:
M = ρ/NA = 0,9 г/л / 6,022 × 10^23 моль^-1 ≈ 1,5 × 10^-3 кг/моль
Объемную долю озона можно найти, используя соотношение между количеством молей озона и молярной массой:
x(O3) = n(O3) × M / M(total)
Так как объемная доля озона должна быть меньше 1, то мы можем записать:
x(O3) = n(O3)
Осталось найти объем кислорода, который был потреблен в реакции. Для этого можно использовать уравнение реакции:
4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O
Согласно уравнению, каждые 4 молекулы аммиака требуют 5 молекул кислорода. Поскольку в данной задаче аммиака было 11,2 л (при н.у.), то кислорода должно было быть 11,2 * 5 / 4 = 14 л (при н.у.).
Теперь можно определить объемную долю озона в конечной газовой смеси. Обозначим эту величину x. Тогда конечный объем газовой смеси будет равен:
V2 = V1 * (100% - 16,667%) = 0,8333 * V1
Тогда объем озона будет равен:
Vozone = x * V2 = 0,9 * x * V1
Из закона сохранения массы можно получить уравнение:
V1 = 11,2 л + 14 л = 25,2 л
Теперь можно выразить x из уравнения для объема озона:
Vozone = 0,9 * x * V1
x = Vozone / (0,9 * V1) = 0,000215
Таким образом, объемная доля озона в конечной газовой смеси составляет 0,0215%.
А.в. Шарапатюк
А.в. Шарапатюк
5 964