Алгоритм решения задач по химии на озонированный кислород.

№1. Какой объем озонированного кислорода требуется для сжигания 12 г

смеси, в которой объемная доля аммиака составляет 10%, угарного газа --

20%, метана -- 60%, азота 10%. Объемная доля озона в озонированном

кислороде – 10%.

Решение

Пусть мы имеем 10 моль смеси газов, тогда в ней содержится 1 моль NH

3,

2

моль СО, 6 моль СН

4

и 1 моль N

2

.

1.

Найдем общую массу смеси:

m( смеси)=17+2·28+6·16+28=197 г

2.

Запишем уравнения происходящих реакций:

4NH

3

+3О

2

→2N

2

+6Н

2

О

2СО+О

2

→2СО

2

СН

4

+2О

2

→ СО

2

+2Н

2

О

3.

По уравнениям реакций найдем суммарное количество вещества

кислорода:

ν (О

2

)

сумм

=0,75+1+12=13,75 моль

4.

Вычислим количество кислорода, которое требуется для сжигания 12

г смеси:

ν (О

2

)=12·13,75/197=0,838 моль.

5.

Найдем объем затраченного кислорода:

Ѵ(О

2

)= 0,838·22,4=18,76 л

6.

Найдем объем озонированного кислорода. На 100 л озонированного

кислорода приходится 10 л озона, следовательно объем чистого

кислорода будет равен 105 л. (2О

3

→3 О

2

)

Составим пропорцию:

100 л озонированного кислорода --- 105 л О

2

Х л озонированного кислорода --- 18,76 л О

2

Х=17,9 л

Ответ: объем озонированного кислорода 17,9 л.

№2. Химик пропустил кислород через озонатор, при этом плотность

полученной газовой смеси возросла на 2,5 % по сравнению с исходным

газом. Определите, какой объем пропущенного озонированного кислорода

при н.у. потребуется для сжигания 3,1г фосфора.

Решение

1.

Составим уравнение реакции:

3О

2

→2О

3

2.

Обозначим

плотность

исходного

чистого

кислорода

ρ1,

озонированного кислорода – ρ2,тогда

ρ1=m/V1, а ρ2 =m/V2

3.

Выразим ρ2 через ρ1, учитывая изменения плотности на 2,5%:

ρ2= ρ1+0,025 ρ1=1,025 ρ1

4.

Соотношение объемов равно V1/V2=1,025

5.

Запишем уравнение горения фосфора:

5О

2

+4Р→2Р

2

О

5

6.

Найдем количество вещества фосфора:

ν (Р)=3,1/31=0,1 моль

7.

Найдем количество вещества кислорода:

ν (О2)=5/4ν (Р)=0,125 моль

8.

Найдем объем кислорода, необходимый для сжигания фосфора:

V1=0,125∙22,4=2,8 л

9.

Найдем объем озонированного кислорода:

V2=2,8/1,025=2,73л

Ответ: объем озонированного кислорода 2,73 л.

№3. В смеси кислорода и озона массовая доля кислорода в 2,667 раз больше

массовой доли озона. Рассчитайте, какой объем при н.у. такой смеси

потребуется для полного окисления циклопропана, в атомах которого

содержится 6,45∙10

24

электронов.

Решение

1.

В одной молекуле циклопропана (С

3

Н

6

)=6∙3+6=24 электронов

2.

Найдем количество вещества электронов

ν (электронов)= 6,45∙10

24

/

6,023 10

23

=10,714моль

3.

Найдем количество вещества молекул циклопропана

ν (молекул)= 10,714/24=0,4464 моль

4.

Найдем объем циклопропана

V(С3Н6)= 0,4464 · 22.4 =10 л

5.

Составим уравнение реакции:

2 С

3

Н

6

+9О

2

→6СО

2

+6Н

2

О

6.

По уравнению реакции найдем количество кислорода:

ν(О

2

)= 0,4464·9/2= 2 моль

7.

Рассчитаем

объем

кислорода,

необходимый

для

сжигания

циклопропана:

V (О

2

)=10∙9/2=45л

8.

Озонированный кислород получают по реакции:

3О

2

→2О

3

Пусть в реакцию вступило 3х моль кислорода, тогда образовалось

2х моль озона

9.

Составим уравнение: (2-3х)32/2х∙48=2,667, х=0.1818 моль

10.

Найдем количество вещества и объем озона:

ν(О

3

)=0,3636 моль, V(О

3

)=8,145л

11.

Найдем количество вещества и объем кислорода:

V (О

2

)=45- 3∙0,1818∙22,4=45-12,2=32,8л

12.

Найдем объем озонированного кислорода

V (смеси)=32,8+8,145=40,945л

Ответ: объем озонированного кислорода 40,945л

№ 4. Относительная плотность по неону смеси кислорода и озона равна 1,64.

Рассчитайте минимальный объем такой смеси, необходимый для полного

окисления смеси этана, бутана и изобутана массой 161 г с относительной

плотностью по гелию 11,5.

Решение

1.

Найдем среднюю молекулярную массу смеси углеводородов:

1.

М 2(ср)=11,5∙4=46 г/моль

2.

Рассчитаем молярные доли углеводородов в смеси. Внимание: бутан

и изобутан – изомеры. Пусть в смеси было х моль этана и (1-х) моль

бутана и изобутана:

30х+58(1-х)=46

Х=0,4286

Получаем этана 42,86%, а бутана и изобутана – 57,14%

3.

Найдем количество вещества смеси углеводородов:

ν (смеси)=161/46=3,5 моль

4.

Найдем количество веществ углеводородов:

ν (С

2

Н

6

)=3,5∙0,4286=1,5 моль

ν (С

4

Н

10

)=3,5∙0,5714=2 моль

5.

Составим уравнения реакций:

2С

2

Н

6

+7О

2

→4 СО

2

+6 Н

2

О

2С

4

Н

10

+13О

2

→8 СО

2

+10 Н

2

О

6.

Рассчитаем количество вещества кислорода, необходимого для

сжигания смеси:

ν(О

2

) =1,5∙3,5+13=18,25 моль

7.

Рассчитаем объем кислорода:

V(О2)= 18,25∙22,4=408,8 л

8.

Найдем среднюю молекулярную массу смеси озона и кислорода

М (ср)=1,64∙20=32,8 г/моль

9.

Рассчитаем молярные доли озона и кислорода в смеси

32у+48(1-у)= 32,8

у= 0,95

10.

Рассчитаем

объем

озона,

необходимый

для

сжигания

смеси

углеводородов:

3О2→2О3

Составим пропорцию: 100 л озонированной смеси содержит 5%

озона и 95% кислорода. При разложении озона образуется 7,5 л

кислорода.

100 л смеси ------102,5 л О

2

Х --------------------408,8 л Х=399л.

Ответ: объем озонированного кислорода 399 л.

№ 5. Теплоты сгорания кДж/моль бензола в кислороде и озоне равны

соответственно 3169 и 3501. При полном сгорании бензола массой 300 г в

смеси кислорода и озона выделилось 12401 кДж теплоты. Рассчитайте

объемную долю озона в его смеси с кислородом.

Решение

1.

Составим уравнение реакции

2С

6

Н

6

+15О

2

→12 СО

2

+6 Н

2

О

С

6

Н

6

+5О

3

→6 СО

2

+3 Н

2

О

2.

Найдем количество вещества бензола

ν (С

6

Н

6

)=300/78=3,846 моль

3.

Пусть ν (С

6

Н

6

), реагирующего с кислородом=х моль, а ν (С

6

Н

6

),

реагирующего с озоном =у моль. Составим систему уравнений:

х+у=3,846

3169х+3501у=12401 у=0,64 моль х=3,206моль

4.

Найдем количество вещества озона и кислорода

ν (О

3

)= 0,64∙5=3,2 моль

ν (О

2

)= 3,206∙7,5=24,045 моль

5.

ν (смеси)= 24,045+3,2=27,245 моль

6.

φ(О

3

)=3,2/27,245=0,117

Ответ: объемная доля озона 11,7%

№ 6. Некоторое количество смеси азота с кислородом, в котором массовые

доли газов равны между собой, пропустили через озонатор, в результате чего

объем газовой смеси уменьшился на 4%. Определите объем исходной смеси

газов (н.у.) и состав полученной газовой смеси в % по объему, если известно,

что при последующем разложении всего образовавшегося озона выделилось

2,9 кДж теплоты, а теплота образования озона равна 145 кДж/моль.

Решение

1.

Найдем количество вещества разложившегося озона:

ν ( О

3

) разложившегося =2,9/145=0.02 моля.

2.

2О

3

→3О

2

следовательно из 0,03 молей кислорода при озонировании

образовалось 0,02 моль озона.

3.

Найдем уменьшение объема:

∆ν = 0,03—0,02 = 0,01 моль, что составляет 4% газовой смеси.

4.

Найдем количество вещества исходной газовой смеси:

ν (исх. газ. смеси) = ∆ν/0,04=0,01/0,04=0,25 моль

5.

Рассчитаем объем исходной газовой смеси:

V (исх. газ. смеси) = ν ∙ Vm = 0,25 ∙ 22,4 = 5,6 л.

6.

Пусть ν(О

2

) – х моль, ν (N

2

) – y моль, тогда х+у=0,25,

7.

По условию массовые доли газов в исходной смеси равны 32х=28у

8.

Решим систему из двух уравнений, получим 60х=7, 60у=8

9.

Найдем количество веществ в смеси до озонирования:

ν (О

2

) = 0,117 моль или 46,8%, а ν (N

2

)=0,133 моль или 53,2%

10.

После озонирования газовой смеси стало 0,24 моль.

ν (О

2

) стало 0,117-0,03=0,087 моль, или 36,25%

ν (О

3

) стало 0,02 моль или 8,33%

ν (N

2

)=0,133 моль или 55,42%

Ответ: объем исходной газовой смеси 5,6 л, состав конечной смеси

36,25% кислорода, 8,33% озона и 55,42% азота.

№7. При разложении озона, находящегося в смеси с кислородом, объем

смеси увеличился на 17,5% при неизменном давлении и температуре. Затем

300 мл такой смеси н.у. пропустили через 200 мл раствора йодида калия в

соляной

кислоте.

Вещества

прореагировали

без

остатка.

Определите

объемную долю озона в смеси, молярную концентрацию раствора йодида

калия и массу выделившегося йода.

Решение

1.

Возьмем 100 мл смеси, содержание озона в ней =х мл

2.

2О

3

→3О

2

По уравнению реакции образовалось 1,5х кислорода

ΔѴ(О

2

)= 1,5х-х=17,5

х=35

Объемная доля озона в смеси = 35%

3.

Рассчитаем объем и количество вещества озона и кислорода

ΔѴ(О

3

)=300·0,35=105 мл, ν (О

3

)=105/22,4=0,0047 моль

ΔѴ(О

2

)=300-105=195 мл, ν (О

2

)=195/22,4=0,0087 моль

4.

Йодид калия в кислой среде реагирует со смеcью кислорода и озона.

Составим уравнения реакций:

4KI+ О

2

+4HCl→2I

2

+2H

2

O+4KCl

6KI+ О

3

+6HCl→3I

2

+3H

2

O+6KCl

5.

Рассчитаем суммарное количество вещества йодида калия

ν (KI)=4·0,0087+6·0,0047=0,063 моль

6.

Найдем массу выделившегося йода

m(I

2

)= (0,0087+0,0047)·254= 3,4 г

7.

Найдем молярную концентрация раствора иодида калия

С (KI)= 0,063/0,2 = 0,315 моль/л

Ответ: объемная доля озона в смеси 35%, масса йода 3,4 г, молярная

концентрация раствора иодида калия 0,315 моль/л

Список литературы:

1. В.К. Николаенко. Сборник задач по химии повышенной трудности.

Учебное пособие для средних учебных заведений. Москва 1996 г.

2. С.Ю. Морев. Методические рекомендации к решению расчетных задач по

неорганической химии в темах «Водород» и «Кислород».

3. А.И. Врублевский. Анализ, синтез и расчетные задачи, 2018 г.