Вопрос школьника
Какой объем воздуха (объемная доля кислорода 20 %) нужен для полного сжигания смеси массой 20 г, состоящей из паров 4-хлорпентена-2, 2-метил-1-хлорбутена-2 и хлор-циклопентана?
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо знать химический состав каждого из компонентов смеси и уравнения реакций сгорания этих веществ.
4-хлорпентен-2: C5H7Cl + 9/2 O2 → 5 CO2 + 3.5 H2O + HCl
2-метил-1-хлорбутен-2: C5H9Cl + 13/2 O2 → 5 CO2 + 4.5 H2O + HCl
Хлор-циклопентан: C5H9Cl + 7/2 O2 → 5 CO2 + 4.5 H2O + HCl
Для полного сжигания смеси необходимо, чтобы все компоненты сгорели до конечных продуктов — углекислого газа и воды. Следовательно, необходимо определить количество кислорода, необходимого для сгорания каждого компонента.
Для 4-хлорпентена-2: 1 моль C5H7Cl требует 9/2 моль O2
Для 2-метил-1-хлорбутена-2: 1 моль C5H9Cl требует 13/2 моль O2
Для хлор-циклопентана: 1 моль C5H9Cl требует 7/2 моль O2
Таким образом, для сгорания 20 г смеси необходимо знать количество каждого компонента в смеси. Предположим, что смесь состоит из 50% 4-хлорпентена-2, 30% 2-метил-1-хлорбутена-2 и 20% хлор-циклопентана.
Масса 4-хлорпентена-2: 20 г × 0,5 × 0,4 = 4 г
Масса 2-метил-1-хлорбутена-2: 20 г × 0,5 × 0,3 = 3 г
Масса хлор-циклопентана: 20 г × 0,5 × 0,2 = 2 г
Теперь можно определить количество кислорода, необходимого для сгорания каждого компонента:
Для 4-хлорпентена-2: 4 г / 112 г/моль × (9/2 моль O2 / 1 моль C5H7Cl) = 0,161 моль O2
Для 2-метил-1-хлорбутена-2: 3 г / 126 г/моль × (13/2 моль O2 / 1 моль C5H9Cl) = 0,153 моль O2
Для хлор-циклопентана: 2 г / 118 г/моль × (7/2 моль O2 / 1 моль C5H9Cl) = 0,102 моль O2
Общее количество кислорода, необходимого для сгорания смеси: 0,161 моль O2 + 0,153 моль O2 + 0,102 моль O2 = 0,416 моль O2
Так как объемная доля кислорода в воздухе составляет 20%, то объемная доля азота равна 80%. Следовательно, объем воздуха, необходимый для сгорания смеси, можно определить по формуле:
V воздуха = (0,416 моль O2 / 0,2) × 22,4 л/моль = 87,68 л
Таким образом, для полного сжигания смеси массой 20 г, состоящей из паров 4-хлорпентена-2, 2-метил-1-хлорбутена-2 и хлор-циклопентана, необходим объем воздуха 87,68 л при объемной доле кислорода 20%.
