Смесь угарного газа, азота и углекислого газа общей массой 34.4 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 34.4 г последовательно пропустили сначала над нагретым оксидом меди (II), а затем через избыток известковой воды, при этом выпало 60 г осадка, а объём непоглощённого газа составил 8.96 л (н.у). Определите объёмную долю угарного газа в исходной смеси. Ответ выразите в процентах, округлите до целых.
Цель задачи: определить долю объёмов CO в исходной смеси (CO, N2, CO2).
Данные
- Общая масса смеси: 34.4 г
- После пропускания через CuO: выпал осадок CaCO3 массой 60 г
- Объём непоглощённого газа: 8.96 л (н.у.)
- При н.у. 1 моль газа занимает 22.4 л
- Что осталось после всех стадий
- Через избыток известковой воды поглощается CO2 (как исходный CO2, так и CO, окисленный CuO до CO2).
- Непоглощённый газ после известковой воды – это N2.
- Следовательно, n(N2) = объём непоглощённого газа / 22.4 л/моль = 8.96 / 22.4 = 0.400 моль.
- CO2, образующийся и поглощённый осадком
- Осадок CaCO3 образуется по реакции CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O.
- Масса осадка 60 g. Молекулярная масса CaCO3 ≈ 100.09 г/моль, следовательно n(CO2 поглощённого) = n(CaCO3) = 60 / 100.09 ≈ 0.5994 моль.
- Это число равно сумме моль CO2, которое было в начале, и mоль CO, которое было в начале (CO превращается в CO2 на стадии с CuO): n(CO) + n(CO2) = 0.5994 моль.
- Применим масс- и моль-баланс Обозначим:
- a = n(CO) в исходной смеси
- b = n(CO2) в исходной смеси
- z = n(N2) = 0.400 моль
Массовый баланс по газам (после учёта масс CO и CO2 в смеси, и того, что через CuO CO превращается в CO2, затем все CO2 поглощается осадком): 28.01a + 44.01b + 28.02z = 34.4 г
Подстановка z = 0.400 и вычисление части, приходящей к CO и CO2: 28.02·0.400 = 11.208 г Отсюда 28.01a + 44.01b = 34.4 − 11.208 = 23.192 г
Также из условия осадка n(CO) + n(CO2) = 0.5994: a + b = 0.5994
Система:
- a + b = 0.5994
- 28.01a + 44.01b = 23.192
Решая: Из второй системы: 28.01(a + b) + (44.01 − 28.01)b = 23.192 28.01·0.5994 + 16.00b = 23.192 16.00b = 23.192 − 16.789194 ≈ 6.402806 b ≈ 0.40018 моль a = 0.5994 − b ≈ 0.19922 моль
Итак:
- n(CO) ≈ 0.19922 моль
- n(CO2) ≈ 0.40018 моль
- n(N2) = 0.40000 моль
- Доля объёмов CO в исходной смеси Объёмные доли газов пропорциональны их мольным долям. Значит: n_total = a + b + z ≈ 0.19922 + 0.40018 + 0.40000 ≈ 0.99940 моль Доля CO по объёму = a / n_total ≈ 0.19922 / 0.99940 ≈ 0.1993
Перевод в проценты: 0.1993 × 100% ≈ 19.93% ≈ 20%.
Ответ: доля объёмов CO в исходной смеси примерно 20%.
