Решение задач на газовые смеси | Закон Авогадро

Задача 71. 

При прохождении смеси равных объемов SO₂ и О₂ через контактный аппарат 90% молекул SO₂ превращается в SO₃. Определить состав (в процентах по объему) газовой смеси, выходящей из  контактного аппарата.

Решение:
Уравнение реакции  горения сернистого газа имеет вид:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃                     .

Из уравнения реакции вытекает, что из двух молекул SO₂ и одной молекулы O2 образуются две молекулы SO₃. Известно, что из каждого литра SO₂ превратилось в SO₃ 0,9л, при этом образовалось тоже 0,9л SO₃. Кислорода на каждый литр прореагировало соответственно 0,45л О₂ (0,9/2 = 0,45).

Таким образом, выходящая смесь газов из контактного аппарата, на каждый литр смеси состояла из 0,1л SO₂ (1 – 0,9 = 0,1) и 0,55л О₂ (1 – 0,45 = 0,55). Общий объём смеси, выходящей из контактного аппарата, составляет 1,55л (0,1 + 0,55 + 0,9 = 1,55).

Задача 72.  
Смесь, состоящая из трех объемов Сl₂ и одного объема H₂, оставлена в закрытом сосуде на рассеянном свету при постоянной температуре. Через некоторое время содержание Сl₂ в смеси уменьшилось на 20%. Изменилось ли давление в сосуде? Каков процентный состав смеси по объему?
Решение:
Уравнение реакции взаимодействия хлора с водородом имеет вид:

 Cl₂ + H₂ = 2HCl                   

При взаимодействии одного моля хлора с одним моль водорода образуется два объёма хлороводорода, т. е. реакция идёт без изменения объёма. При нормальных условиях из трёх литров хлора в реакцию вступило 0,6л (3 ^. 0,2 = 0,6). Точно такое же количество водорода тоже вступило в реакцию. Таким образом, при взаимодействии 0,6л хлора и 0,6л водорода образовалось 1,2л хлороводорода (2 ^. 3 = 0,6). Так как реакция идёт без изменения объёма, то давление в системе тоже не изменится.
Находим процентный состав газовой смеси по формуле: 

Ответ: не изменилось;(Cl₂) = 60%;(HCl) = 40%.

Задача 73. 
При взаимодействии NН₃ с Сl₂ образуются хлороводород и азот. В каких объемных соотношениях взаимодействуют NH₃ и С1₂ и каково отношение объемов получающихся газов?
Решение:
Уравнение реакции взаимодействия аммиака с хлором имеет вид: 

2NH₃ + 3Cl₂ =  6HCl + N₂                          

При взаимодействии аммиака с хлором из каждых двух объёмов аммиака и трёх объёмов хлора образуются шесть объёмов хлороводорода и один объём азота. Таким образом, аммиак и хлор взаимодействуют в объёмных отношениях 2 : 3 (2VNH3 : 3VCl), а отношение объёмов получающихся газов – 1 : 6 V(N₂ : V(HCl).

Ответ: V(NH₃₎ : V(Cl₂₎ = 2 : 3; V(HCl) : V(N₂) = 6 : 1.

Задача 74. Какой объем Н₂ (при 17 °С и давлении 102,4кПа) выделится при растворении 1,5кг цинка в соляной кислоте?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид: 

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑ 

Зная мольную массу цинка (65,4г/моль) и мольный объём газа (22,4л), находим объём водорода, который выделится при растворении 1,5кг цинка из пропорции:

 Затем приводим полученный объём к указанным условиям используя объединённое уравнение закона Бойля- Мариотта и Гей-Люссака, находим V₀: 

где P и V — давление и объём газа при температуре  T = 290К (273 +17 = 290); P₀ = 101,325 кПа; T0 = 273 К; P = 102,4 кПа; V0 -объём газа (н.у.) = 513,76 л.

 Ответ: 540л.

Задача 75. 
После взрыва смеси, состоящей из одного объема исследуемого газа и одного объема Н₂, получился один объем водяного пара и один объем азота. Все измерения производились при одинаковых условиях. Найти формулу исследуемого газа.
Решение:
Молекулярная формула воды H₂O, а азота – N₂. Так как продукты реакции и исходные вещества состоят из одинаковых объёмов, то, учитывая, что образуются по одной молекуле воды и азота из одной молекулы водорода и одной молекулы исследуемого газа, можно предположить, что молекула исследуемого газа состоит из двух атомов азота и одного атома кислорода. Следовательно, формула исследуемого газа имеет вид N₂O. 

Ответ: N₂O.

Задача 76
При одинаковых условиях взяты равные объемы N₂ и O₂. Каково соотношение масс обоих газов:  

Решение:
Согласно закону Авогадро, в равных объёмах любых газов, взятых при одинаковых условиях (одной и той же температуре и одинаковом давлении) содержится одинаковое число молекул (6,02 ^. 10²³). Поскольку M(O₂) равен 32 г/моль, а M(N₂) – 28г/моль, то m(O₂) > m(N₂)

Ответ: а). 

Задача 77. 
Смешали равные объемы Н₂ и С1₂. Как изменится объем смеси после протекания реакции: а) не изменится;
б) увеличится в два раза; в) уменьшится в два раза?
Решение:
Уравнение реакции взаимодействия хлора с водородом имеет вид: 

Cl₂ + H₂ = 2HCl                     

При взаимодействии одного моля хлора с одним моль водорода образуется два объёма хлороводорода, т.е. реакция идёт без изменения объёма. Поэтому объём смеси после протекания реакции не изменится.

Ответ: а).

Задача 78. 
Каково соотношение объемов, занимаемых 1 моль НСI и 1 моль С_l2 (Т и Р одинаковы): 

Решение:
Согласно закону Авогадро одно и тоже число молекул любого газа занимает при одинаковых условиях (температура и давление одинаковы) один и тот же объём. Вместе с тем 1 моль любого газа содержит одинаковое число молекул. Следовательно, при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объём. Этот объём называется мольным объёмом газа и при нормальных условиях (Т = 0 °С и Р = 101,325 кПа) равен 22,4л. Поэтому соотношение объёмов одного моля HCl и одного моля Cl₂ (T и Р одинаковы):

 V(HCl) = V(Cl₂). 

Ответ: б).

Задача 79. 

При нагревании НВг полностью разлагается. При этом объём газа не изменяется. Каковы продукты реакции разложения: а) атомы Н и Вг; б) молекулы Н₂ и Вг₂ в) молекулы Н₂ и атомы Br?
Решение:
Уравнение реакции термического разложения бромоводорода имеет вид:  

Таким образом, из двух молекул НВг образуются одна молекула Н₂ и одна молекула Вг₂, т.е. объём системы после реакции не изменяется. Следовательно, продуктами реакции термического разложения HBr являются газообразные Н₂ и Вг₂.

Ответ: б).