Ответы
Дано:
m(C₃H₈ + C₃H₆) = 1,6 л - при t° = 0°С
φ(C₃H₆) = 56%
t° = 0°C
m(KMnO₄) = 3,5 гр
V(р-ра HCl) = 26,5 мл
ω(HCl) = 20%
ρ(р-ра HCl) = 1,1 гр/мл
tкип.(C₃H₆Cl₂) = 97°C
------------------------------------
Найти:
ω(смеси газов) - ?
Решение:
1) Для начала мы напишем уравнение реакции пермангоната калия с соляной кислотой:
2KMnO₄ + 16HCl → 5Cl₂↑ + 2MnCl₂ + 2KCl + 8H₂O
MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O | 5 | | 2 | - окисление
| | 10 | |
2Cl⁻ - 2e⁻ → Cl₂ | 2 | | 5 | - восстановления
------------------------------------------------------------------------------------------------------
2MnO₄⁻ + 16H⁺ + 10e⁻ + 10Cl⁻ - 10e⁻ → 2Mn²⁺ + 5Cl₂ + 4H₂O
2MnO₄⁻ + 16H⁺ + 10Cl⁻ → 2Mn²⁺ + 5Cl₂ + 4H₂O
2) Далее напишем уравнение реакции смесей со взаимодействием в темноте с хлором и потом находим объемы смесей:
В темноте идет только реакция присоединения, но не замещения. Поэтому пропан не будет реагировать в темноте с хлором, реакция протекает только с пропеном:
CH₃-CH₂-CH₃ + Cl₂ ≠ (реакция не идет)
CH₃-CH=CH₂ + Cl₂ → CH₃-CHCl-CH₂Cl
V(C₃H₆) = (m(C₃H₈ + C₃H₆) × φ(C₃H₆))/100% = (1,6 л × 56%)/100% = 1,6 л × 0,56 = 0,896 л
V(C₃H₈) = m(C₃H₈ + C₃H₆) - V(C₃H₆) = 1,6 л - 0,896 л = 0,704 л
3) Далее находим массу раствора соляной кислоты и его количества вещества:
m(р-ра HCl) = V(р-ра HCl) × ρ(р-ра HCl) = 26,5 мл × 1,1 гр/мл = 29,15 гр
m(HCl) = (m(р-ра HCl) × ω(HCl))/100% = (29,15 гр × 20%)/100% = 29,15 гр × 0,2 = 5,83 гр
M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 гр/моль
n(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 5,83 гр / 36,5 гр/моль ≈ 0,16 моль
4) Далее находим количества вещества у пермангоната калия:
M(KMnO₄) = 39 + 55 + 16×4 = 39 + 55 + 64 = 158 гр/моль
n(KMnO₄) = m(KMnO₄)/M(KMnO₄) = 3,5 гр / 158 гр/моль ≈ 0,022 моль
5) Определяем избыток и недостаток в паре KMnO₄ и HCl :
по уравнению: 2 моль KMnO₄ - 16 моль HCl
по условию: 0,022 моль KMnO₄ - x моль HCl
Тогда:
x = (0,022 моль × 16 моль)/2 моль = 0,022 моль × 8 = 0,176 моль
По данной задаче у нас 0,16 моль HCl - это недостаток, тогда ведем расчет по HCl.
6) Теперь находим данные по Cl₂ :
по уравнению: 16 моль HCl - 5 моль Cl₂
по условию: 0,16 моль HCl - y моль Cl₂
y = (0,16 моль × 5 моль)/16 моль = 0,01 × 5 моль = 0,05 моль ⇒ n(Cl₂) = 0,05 моль
7) Поскольку в условий задачи указано, что реакция проходит при 0°С необходимо рассчитать количества вещества пропена методом Менделеева-Клапейрона, т.к. в условий задачи имеется объем газа в которой зависит от температуры:
PV = nRT - уравнение Менделеева-Клапейрона
P = 101325 Па - при нормальном условиям
R = 8,314 Дж/(моль×К) - удельная газовая постоянная
T = t° + 273 К = 0 + 273 К = 273 К
Следовательно:
n(С₃H₆) = (P×V(С₃H₆))/(RT) = (101325 кПа × 0,896 л)/(8,314 Дж/(моль×К) × 273 К) = (101325 Н/м² × 0,000896 м³)/(2269,722 Дж/моль) = (90,7872 Н×м)/(2269,722 Дж/моль) = (90,7872 Дж)/(2269,722 Дж/моль) ≈ 0,04 моль
По уравнению реакции получаем:
CH₃-CH=CH₂ + Cl₂ → CH₃-CHCl-CH₂Cl
1 моль 1 моль
n(Cl₂) = 0,05 моль - полученное значение
n(С₃H₆) = 0,04 моль - недостаток
Тогда: n(С₃H₆) = n(Cl₂)реаг. = 0,04 моль
8) Далее находим находим количества вещества хлора непрореагировавшего в реакции:
n(Cl₂)непрореаг. = n(Cl₂) - n(Cl₂)реаг. = 0,05 моль - 0,04 моль = 0,01 моль
Также в реакционной смеси находится весь в C₃H₈.
9) Далее находим массу пропана в газовой смеси с хлором:
PV = nRT - уравнение Менделеева-Клапейрона
Тогда:
n(С₃H₈) = (P×V(С₃H₈))/(RT) = (101325 кПа × 0,704 л)/(8,314 Дж/(моль×К) × 273 К) = (101325 Н/м² × 0,000704 м³)/(2269,722 Дж/моль) = (71,3328 Н×м)/(2269,722 Дж/моль) = (71,3328 Дж)/(2269,722 Дж/моль) ≈ 0,0314 моль
M(C₃H₈) = 12×3 + 1×8 = 36 + 8 = 44 гр/моль
M(Cl₂) = 35,5 × 2 = 71 гр/моль
m(C₃H₈) = n(C₃H₈) × M(C₃H₈) = 0,0314 моль × 44 гр/моль = 1,3816 гр ≈ 1,38 гр
m(Cl₂) = n(Cl₂)непрореаг. × M(Cl₂) = 0,01 моль × 71 гр/моль = 0,71 гр
10) Теперь находим массовые доли газов в конечной смеси:
m(C₃H₈ + Cl₂) = m(C₃H₈) + m(Cl₂) = 1,38 гр + 0,71 гр = 2,09 гр
ω(C₃H₈) = m(C₃H₈)/m(C₃H₈ + Cl₂) × 100% = 1,38 гр / 2,09 гр × 100% ≈ 0,6603 × 100% ≈ 66,03%
ω(Cl₂) = m(Cl₂)/m(C₃H₈ + Cl₂) × 100% = 0,71 гр / 2,09 гр × 100% ≈ 0,3397 × 100% ≈ 33,97%
Ответ: ω(C₃H₈) = 66,03% , ω(Cl₂) = 33,97%
Решено от :