Вопрос школьника
Какой объем кислорода (н. у.) потребуется для полного сгорания ацетилена, полученного из 120 г карбида кальция, содержащего 15% примесей?
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать химическое уравнение реакции сгорания ацетилена:
C2H2 + 5/2 O2 → 2 CO2 + H2O
Из уравнения видно, что для полного сгорания одного моля ацетилена необходимо 5/2 моля кислорода. Таким образом, для расчета объема кислорода, необходимого для полного сгорания ацетилена, нужно знать количество молей ацетилена, полученного из 120 г карбида кальция.
Для этого необходимо вычислить количество чистого карбида кальция в 120 г с учетом содержания примесей. Пусть массовая доля чистого карбида кальция в исходном веществе равна x, тогда:
x * 120 г = масса чистого карбида кальция
Так как содержание примесей составляет 15%, то массовая доля чистого карбида кальция будет равна:
x = (100% — 15%) / 100% = 0,85
Таким образом, масса чистого карбида кальция равна:
0,85 * 120 г = 102 г
Далее необходимо вычислить количество молей ацетилена, полученного из 102 г карбида кальция. Для этого необходимо знать молярную массу ацетилена, которая равна:
C2H2 = 2 * 12,01 г/моль + 2 * 1,01 г/моль = 26,04 г/моль
Тогда количество молей ацетилена, полученного из 102 г карбида кальция, равно:
n(C2H2) = 102 г / 26,04 г/моль = 3,92 моль
Наконец, для расчета объема кислорода, необходимого для полного сгорания ацетилена, нужно умножить количество молей ацетилена на коэффициент перед кислородом в уравнении реакции:
n(O2) = 5/2 * n(C2H2) = 5/2 * 3,92 моль = 9,8 моль
Для перевода количества вещества в объем необходимо использовать уравнение состояния идеального газа:
V = n * R * T / P
где V — объем газа, n — количество вещества, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа в кельвинах, P — давление газа в паскалях.
При стандартных условиях (температура 273 К, давление 101325 Па) универсальная газовая постоянная равна:
R = 8,31 Дж/(моль*К)
Таким образом, объем кислорода, необходимый для полного сгорания ацетилена, можно вычислить по формуле:
V(O2) = n(O2) * R * T / P = 9,8 моль * 8,31 Дж/(моль*К) * 273 К / 101325 Па = 0,22 м3
Ответ: для полного сгорания ацетилена, полученного из 120 г карбида кальция, содержащего 15% примесей, потребуется 0,22 м3 кислорода (н. у.).
