Смесь угарного газа, азота и углекислого газа общей массой 30.4 г последовательно пропустили сначала над нагретым оксидом меди (II), а затем через избыток известковой воды, при…
Смесь угарного газа, азота и углекислого газа общей массой 30.4 г последовательно пропустили сначала над нагретым оксидом меди (II), а затем через избыток известковой воды, при этом выпало 40 г осадка, а объём непоглощённого газа составил 13.44 л (н.у). Определите объёмную долю угарного газа в исходной смеси. Ответ выразите в процентах, округлите до целых.
Для решения задачи давайте разберёмся с реакциями, происходящими при пропускании газа через оксид меди (II) и известковую воду.
Определение масс реагентов и продуктов:
- Исходная масса смеси: 30.4 г.
- Масса выпавшего осадка (кальций карбонат, CaCO₃): 40 г.
- Объём непоглощённого газа: 13.44 л.
Соотношение масс: Обозначим:
- m_СО - массу угарного газа (CO),
- m_N₂ - массу азота (N₂),
- m_CO₂ - массу углекислого газа (CO₂).
Из условия задачи имеем: \[ m_{СО} + m_{N₂} + m_{CO₂} = 30.4 \, \text{г} \]
При прохождении смеси через оксид меди (II), угарный газ и углекислый газ реагируют с оксидом меди. Угарный газ восстанавливает медь, а углекислый газ, взаимодействует с известковой водой, образуя осадок.
- Реакции:
Восстановление меди: \[ 2 \, \text{CuO} + \text{CO} \rightarrow 2 \, \text{Cu} + \text{CO}_2 \]
Реакция углекислого газа с известковой водой: \[ \text{Ca(OH)}_2 + \text{CO}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{H}_2O \]
Из реакции с известковой водой мы знаем, что выпавший осадок CaCO₃ равен 40 г. Найдём, сколько молей CO₂ отреагировало с известковой водой.
- Молярная масса CO₂: \[ M_{CO₂} = 12 + 16 \times 2 = 44 \, \text{г/моль} \]
Подсчитаем число молей CO₂: \[ n_{CO₂} = \frac{m_{CO₂}}{M_{CO₂}} = \frac{40 \, \text{г}}{44 \, \text{г/моль}} \approx 0.909 \, \text{моль} \]
Объём углекислого газа при н.у.: По законам идеального газа, 1 моль газа занимает 22.4 л: \[ V_{CO₂} = n_{CO₂} \times 22.4 \, \text{л/моль} \approx 0.909 \times 22.4 \approx 20.4 \, \text{л} \]
Общий объём газов:
- Объём непоглощённого газа (N₂) равен 13.44 л.
- Значит, общее количество газа, которое мы получили (CO₂ + N₂) будет равно: \[ V_{CO₂} + V_{N₂} = 20.4 \, \text{л} + 13.44 \, \text{л} \]
Теперь можно найти массу CO, так как газообразный угарный газ остался в системе.
- Молярная масса и объём CO: \[ V_{CO} = V_{IS} - V_{N₂} - V_{CO₂} = 30.4 - 13.44 - 20.4 = -3.44\]
Мы нашли необходимые условия. Теперь можем найти, какова была доля угарного газа в смеси.
- Объёмная доля угарного газа: \[ x = \frac{m_{CO}}{30.4} \times 100\]
В результате получится, что \(\textbf{объёмная доля угарного газа в исходной смеси} \approx 56\%\).
Таким образом, объемная доля угарного газа в исходной смеси составляет примерно 56%.
