Сосуд заполнен смесью газов кислорода и водорода

Команда “Газы!” была объявлена еще две недели назад. И что?! Легкие задачи порешали и расслабились?! Или вы думаете, что задачи на газы касаются только 28-х заданий ЕГЭ?! Как бы не так! Если газов пока еще не было в 34-х заданиях, это ничего не значит! Задач на электролиз тоже не было в ЕГЭ до 2018 года. А потом как врезали, мама не горюй! Обязательно прочитайте мою статью “Тайны задач по химии? Тяжело в учении – легко в бою!”. В этой статье очень подробно рассказывается о новых фишках на электролиз. Статья вызвала шквал самых разных эмоций у преподавателей химии. До сих пор мне и пишут, и звонят, и благодарят, и бьются в конвульсиях. Просто цирк с конями, в котором я – зритель в первом ряду.

Однако, вернемся к нашим баранам, вернее, Газам. Я прошла через огонь и воду вступительных экзаменов и знаю точно – хочешь завалить абитуриента, дай ему задачу на Газы. Почитайте на досуге сборник задач И.Ю. Белавина. Я процитирую одну такую “мозгобойню”, чтобы вам жизнь медом не казалась. Попробуйте решить.

И.Ю. Белавин, 2005, задача 229

“Два из трех газов (сероводород, водород и кислород) смешали и получили газовую смесь, плотность которой оказалась равной плотности оставшегося газа. Полученную газовую смесь вместе с равным ей объемом третьего газа под давлением поместили в замкнутый сосуд емкостью 4 л, содержавший азот при н.у. и нагревали при 600 С до окончания химических реакций, затем постепенно охладили. Определите массы веществ, содержавшихся в сосуде после охлаждения, если плотность газовой смеси в сосуде перед нагреванием равнялась 9,25г/л. (Ответ: m(S) = 7,5 г, m(SO2) = 15 г, m(Н2О) = 9 г)”

Ну как, решили? Нет?! А ваши репетиторы?! Извините, это был риторический вопрос. Кстати, мои ученики, абитуриенты 2003-2008 гг. такие задачи щелкали, как семечки, на экзаменах во 2-й медицинский (теперь РНИМУ им. Н.И. Пирогова). Надеюсь, вам понятно, что 34-м задачам ЕГЭ еще есть куда усложняться, perfectio interminatus est (нет предела совершенству), с газами нужно работать, работать и работать. Поэтому команду “Газы!” отменять рано. Итак, поехали!

Сегодня мы поговорим о газовых смесях, затронем понятие плотности газа (абсолютной и относительной), средней молярной массы, решим задачи: определение средней молярной массы и плотности газа по компонентам смеси и наоборот.

• Газовая смесь – смесь отдельных газов НЕ вступающих между собой в химические реакции. К смесям газов относятся: воздух (состоит из азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и др.), природный газ (смесь предельных и непредельных углеводородов, оксида углерода, водорода, сероводорода, азота, кислорода, углекислого газа и др.), дымовые газы (содержат азот, углекислый газ, пары воды, сернистый газ и др.) и др.

• Объемная доля – отношение объема данного газа к общему объему смеси, показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ, измеряется в долях единицы или в процентах.

• Мольная доля – отношение количества вещества данного газа к общему количеству вещества смеси газов, измеряется в долях единицы или в процентах.

• Плотность газа (абсолютная) – определяется как отношение массы газа к его объему, единица измерения (г/л). Физический смысл абсолютной плотности газа – масса 1 л, поэтому молярный объем газа (22,4 л при н.у. t° = 0°C, P = 1 атм) имеет массу, численно равную молярной массе.

• Относительная плотность газа (плотность одного газа по другому) – это отношение молярной массы данного газа к молярной массе того газа, по которому она находится

• Средняя молярная масса газа – рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей

Настоятельно рекомендую запомнить среднюю молярную массу воздуха Мср(в) = 29 г/моль, в заданиях ЕГЭ часто встречается.

Обязательно посетите страницу моего сайта “Изучаем Х-ОбХ-04. Закон Авогадро. Следствия из закона Авогадро. Нормальные условия. Молярный объем газа. Абсолютная и относительная плотность газа. Закон объемных отношений” и сделайте конспекты по теории. Затем возьмите бумагу и ручку и решайте задачи вместе со мной.

ВАНГУЮ: чует мое сердце, что ЕГЭ по химии 2019 года устроит нам газовую атаку, а противогазы не выдаст!

Задача 1

Определить плотность по азоту газовой смеси, состоящей из 30% кислорода, 20% азота и 50% углекислого газа.

Задача 2

Вычислите плотность по водороду газовой смеси, содержащей 0,4 моль СО2, 0,2 моль азота и 1,4 моль кислорода.

Задача 3

5 л смеси азота и водорода имеют относительную плотность по водороду 12. Определить объем каждого газа в смеси.

Несколько задач со страницы моего сайта

Задача 4

Плотность по водороду пропан-бутановой смеси равна 23,5. Определите объемные доли пропана и бутана

Задача 5

Газообразный алкан объемом 8 л (н.у.) имеет массу 14,28 г. Чему равна его плотность по воздуху

Задача 6

Плотность паров альдегида по метану равна 2,75. Определите альдегид

Ну как? Пошло дело? Если туго, вернитесь к задачам и решайте их самостоятельно до тех пор, пока не щелкнет! А для стимуляции – десерт в виде еще одной задачи И.Ю. Белавина на газы. Наслаждайтесь ее решением самостоятельно!

И.Ю. Белавин, 2005, задача 202

“Сосуд емкостью 5,6 л при н.у. заполнили метаном, затем нагрели до высокой температуры, в результате чего произошло частичное разложение метана. Определите массу образовавшейся сажи, если известно, что после приведения к нормальным условиям объем полученной газовой смеси оказался в 1,6 раза больше объема исходного метана, эта газовая смесь обесцвечивает бромную воду и имеет плотность по воздуху 0,2931. (Ответ: m(C) = 0,6 г)”

Задачи И.Ю. Белавина – это крутой драйв! Попробуйте порешать, и вы откажетесь от просмотра любых ужастиков, поскольку запасетесь адреналином надолго! Но нам нужно спуститься на землю к ЕГЭ, простому и надежному, как первый советский трактор. Кстати, у меня в коллекции припасено немало сюрпризов с газовыми фишками, собранными за все годы работы и бережно хранимыми. Думаю, пришло время сказать им: “И снова здравствуйте!”, поскольку ЕГЭ с каждым годом становится “все чудесатее и чудесатее”. Но это уже совсем другая история. Читайте мои статьи – и вы подстелите соломку под свою ЕГЭшную попу.

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии https://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Позвоните мне +7(903)186-74-55, приходите ко мне на курс, на бесплатные Мастер-классы “Решение задач по химии”. Я с удовольствием вам помогу.

Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова

Источник

Молекулы разных газов отличаются по размеру. Поэтому один газ можно запереть в некотором объеме, а другой проникнет через ячею и займет пространство за перегородкой. А значит, его давление изменится, потому что теперь он занимает больший объем. В то же время давление в сосуде, где находятся два газа, является суммой их парциальных (частных) давлений. На этих соображениях и построим решение следующих задач.

Задача 1. Для приготовления газовой смеси с общим давлением 0,5 кПа к сосуду с объемом 10 дм присоединили баллон объемом 1 дм, в котором находится гелий под давлением 4 кПа, и баллон с неоном под давлением 1 кПа. Найдите объем баллона с неоном. Температура постоянна.

Каждый из газов создает парциальное давление. И, так как температура постоянна, мы можем воспользоваться законом Бойля-Мариотта для определения этих парциальных давлений. Сначала гелий находится в сосуде объемом , а потом клапаны открывают и он занимает весь предоставленный объем:

Пусть – объем сосуда с неоном, а дм – объем, в котором готовят смесь.

Тогда для неона запишем аналогично:

Найдем парциальные давления газов:

Тогда давление в баллоне для смеси – это сумма парциальных давлений:

Откуда определяем :

Ответ: 3 дм.

газы в сосудах

К задачам 2 и 3

Задача 2. Одинаковые по массе количества водорода и гелия находятся в сосуде объемом , который отделен от пустого сосуда объемом полупроницаемой перегородкой, свободно пропускающей молекулы водорода и не пропускающей гелий. После установления равновесия давление в первом сосуде упало в 2 раза. Определите отношение . Температура постоянна. Молярная масса водорода 2 г/моль, гелия 4 г/моль.

Так как молекулы водорода могут проникать через перегородку, то ее как бы и нет для водорода. То есть его давление будет совершенно одинаковым в обеих частях сосуда, и в первой, и во второй. Но во второй части нет атомов гелия, поэтому давление в ней определяется только наличием водорода и равно давлению водорода. В первой же части гелий есть, и в этой части давление будет складываться из парциальных давлений гелия и водорода. Тогда согласно уравнению Менделеева-Клапейрона давления (парциальные) газов изначально равны:

Суммарное давление:

После того, как молекулы водорода проникнут через перегородку, его давление станет равно:

Теперь суммарное давление в первой части сосуда

И оно в два раза меньше прежнего:

Тогда:

Сократим все, что можно:

Так как массы газов равны, то еще упрощаем:

Домножим на :

Теперь упростим правую часть:

Разделим на :

Ответ: .

Задача 3. Сосуд объемом 2 дм разделен на две равные части полупроницаемой перегородкой. В первую половину сосуда введена смесь аргона массой 20 г и водорода массой 2 г, во второй половине – вакуум. Через перегородку может диффундировать только водород. Какое давление установится в первой половине сосуда после окончания процесса диффузии? Во время процесса поддерживалась температура С. Перегородка неподвижна.

Суммарное давление газов в первой половине в начале процесса:

Где

Затем водород проникнет через перегородку, и его давление упадет, станет равным:

Тогда давление в той половине, где есть аргон, станет равно:

Ответ: Па.

Источник

Задача 47.

0,350г металла вытеснили из кислоты 209 мл водорода, собранного над водой при 20 °С и давлении 104,3 кПа. Давление насыщенного пара воды при этой температуре составляет 2,3кПа. Найти эквивалентную массу металла.

Решение:

Парциальное давление кислорода равно разности общего давления и парциального давления паров воды:

Обозначив искомый объём через и, используя объединённое уравнение закона Бойля- Мариотта и Гей-Люссака, находим V0:

где Р и V – давление и объём газа при температуре T = 293К (273 +20 = 293); P0 = 101,325кПа; T0 = 273К; = 102кПа; V0 – объём газа при н.у..

Согласно закону эквивалентов, массы (объёмы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их эквивалентным массам (объёмам):

Мольный объём любого газа при н.у. равен 22,4л. Отсюда эквивалентный объём водорода равен 22,4 : 2 = 11,2л или 11200мл. Тогда, используя формулу закона эквивалентов, рассчитаем эквивалентную массу металла:

Ответ: m(Э) = 20г/моль.

Задача 48.

250 мл водорода собраны над водой при 26°С и давлении 98,7кПа. Давление насыщенного пара воды при 26°С составляет 3,4кПа. Вычислить объем водорода при нормальных условиях и его массу.

Решение:

Парциальное давление кислорода равно разности общего давления и парциального давления паров воды:

Обозначив искомый объём через V0 и, используя объединённое уравнение закона Бойля- Мариотта и Гей-Люссака, находим V0:

где P и V – давление и объём газа при температуре T = 299К (273 +26 = 299); P0 = 101,325кПа; T0 = 273К; V0 = 95,3кПа; – объём газа при н.у..

Учитывая, что 1г Н2 занимает 11200 мл рассчитаем массу водорода, содержащуюся в 214,97мл, составив пропорцию:

Ответ:

Задача 49.

0,604г двухвалентного металла вытеснили из кислоты 581мл водорода, собранного над водой при 18°С и давлении 105,6 кПа. Давление насыщенного пара воды при 18°С составляет 2,1кПа. Найти относительную атомную массу металла.

Решение:

Парциальное давление кислорода равно разности общего давления и парциального давления паров воды.

где P и V – давление и объём газа при температуре T = 291K (273 + 18 = 291); T0 = 273К; P0 = 101,325 Kпа; V0 -объём газа при н.у.

Молекулярная масса металла равна произведению эквивалентной массы на валентность его:

M(Me) = mЭ(Me). B, где B – валентность металла. Тогда M(Me) = 12,16 . 2 = 24,32г/моль.

Ответ: M(Me) = 24,32г/моль.

Задача 50.

Сосуд наполнен смесью кислорода и азота. При каком соотношении парциальных давлений массы газов будут одинаковы:

Решение:

Парциальным давлением любого газа в смеси называется давление, которое производил бы газ, занимая при тех же условиях объём всей газовой смеси.

Так как 1моль любого газа занимает одинаковый объём при одинаковых физических условиях (например, 22,4л при н.у.), следовательно, и парциальные давления 1-го моля любого газа при тех же физических условиях будут одинаковы.

Молекулярная масса кислорода больше молекулярной массы азота в 1,14 раза (32/!4 = 1,14), то при одинаковых массах данных газов, соответственно, парциальное давление азота будет в 1,14 раза меньше, чем у кислорода, т. е.:

Ответ: б).

Задача 51.

Парциальное давление кислорода в воздухе равно 22 кПа. Чему равно содержание кислорода в процентах по объему: а) 42%; 6) 21%; в) 10,5%?

Решение:

Воздух представляет собой, в основном, смесь азота и кислорода. Для нахождения приведённого объёма кислорода, входящего в состав воздуха, приведённый к давлению смеси (Рвозд.) и температуре (Т) необходимо воспользоваться законом Бойля-Мариотта:

где – объём кислорода; Vвозд. – объём воздуха; Рвозд. – общее давление смеси кислорода и азота (н.у.), 101,325кПа; – парциальное давление кислорода, 22кПа.

Сумма приведённых объёмов отдельных газов в смеси равняется общему объёму смеси, т. е.:

Отношение приведённых объёмов кислорода и азота к общему объёму воздуха называется объёмной долей и обозначается через r. Тогда:

Следовательно, содержание кислорода в процентах по объёму в воздухе с учётом закона Бойля-Мариотта, равно:

Ответ: б)

Задача 52.

Водород собирали в одном случае над водой, в другом над ртутью при одинаковых условиях. В обоих случаях объем газа оказался одинаковым. Одинаковы ли количества собранного водорода: а) одинаковы; б) количество водорода, собранного над ртутью, больше; в) количество водорода, собранного над водой, больше?

Решение:

Водород собирали над водой и над ртутью при одинаковых условиях при этом объёмы обеих систем оказались одинаковы. Учитывая, что ртуть имеет большую плотность, чем вода, то можно предположить, что количество водорода, собранное над ртутью будет больше, чем собранное над водой.

В обоих случаях объём газовой смеси будет складываться из определённого объёма водорода и паров жидкости, над которой собран газ. Так как температура кипения ртути и её плотность значительно выше, чем у воды, то в равных объёмах газов водорода будет содержаться больше над ртутью, так как ртути (её паров) будет в смеси значительно меньше, чем паров воды.

Таким образом, вследствие малой испаряемости ртути по отношению к воде парциальное давление паров ртути над жидкой ртутью будет меньше, чем парциальное давление паров воды над жидкой водой при одинаковых условиях и, следовательно, парциальное давление водорода над ртутью будет больше, чем над водой. Отсюда вытекает, что количество водорода, собранного над ртутью, больше, чем над водой.

Ответ: б).

Источник

Предлагаем вашему вниманию выборку заданий-аналогов из части В ЦТ и РТ всех лет по теме «Задачи на газовые смеси» с подробными видео-объяснениями (даны сразу после условий задания) и ответами (приведены в конце страницы).

ВНИМАНИЕ: все задания составлены автором самостоятельно и не являются копией заданий ЦТ и РТ. Если вам необходимы оригинальные задания, то вам надо записываться на этапы РТ (на сайте РИКЗ) и покупать сборники реальных заданий ЦТ и РТ в книжных магазинах.

Составитель – репетитор по химии в Skype или Zoom – Александр Владимирович Коньков (подробнее здесь)

1. ЦТ по химии 2004. В5. Смесь объёмом 550 дм3 (н.у.), состоящую из избытка сероводорода и кислорода, подожгли. После приведения продуктов реакции к нормальным условиям объём газа стал равен 100 дм3. Вычислите объёмную долю(%) кислорода в исходной газовой смеси.

2. ЦТ по химии 2008. В10. Относительная плотность по неону газообразной смеси водорода и кислорода больше либо равна 1. После поджигания этой смеси с выходом 90% образовалась вода, а относительная плотность по неону стала больше 1,21. Вычислите максимальное значение объёмной доли (%) водорода в исходной смеси, учитывая, что вода в условиях опыта – газ.

3. ЦТ по химии 2017. В11. Смесь объёмом 800 дм3, состоящую из избытка сероводорода и кислорода, подожгли. В результате реакции образовались сера и вода. После приведения условий к нормальным газообразным остался только сероводород. Его объём составил 500 дм3. Определите объёмную долю (%) сероводорода в исходной смеси газов.

4. ДРТ 2017/2018. В4. Для полного гидрирования газообразной смеси, состоящей из ненасыщенных углеводородов линейного строения (относительная плотность по неону 3,4), необходим водород, объём которого в два раза превышает объём исходной смеси углеводородов. Рассчитайте объём кислорода (дм3), необходимый для полного сгорания исходной смеси массой 122,4 г.

5. ДРТ 2017/2018. В12. Смесь равных объёмов метана, водяного пара, водорода и угарного газа пропустили над никелевым катализатором при нагревании и под давлением. В результате чего объёмная доля водорода выросла до 40%. Рассчитайте объёмную долю (%) метана в образовавшейся смеси.

6. ДРТ 2018/2019. В11. В закрытом сосуде заполненном воздухом полность сожгли серу. В результате молярная масса газовой смеси возросла на 2,21%. Определите объёмную долю (%) сернистого газа в образовавшейся газовой смеси.

7. РТ по химии 2015/2016 (2 этап). В3. Водород объёмом 15 дм3 добавили к смеси объёмом 42 дм3, состоящей из пропина и метана. Затем в сосуд с образовавшейся смесью газов герметично опустили платиновый катализатор и нагрели смесь до 150С. После полного завершения реакции объём смеси стал равен 54 дм3. Рассчитайте объёмную долю (%) метана в исходной смеси газов.

8. РТ по химии 2017/2018 (2 этап). В11. В закрытом сосуде, заполненным воздухом, сожгли порцию серы. В результате чего молярная масса смеси газов в сосуде возросла на 2,3 единицы. Рассчитайте объёмную долю (%, н.у.) сернистого газа в сосуде после окончания реакции.

9. РТ по химии 2017/2018 (3 этап). В10. Смесь оксида углерода (II) и кислорода сожгли. В результате этого объёмная доля оксида углерода (II) в газовой смеси снизилась с 70% до 40%. Вычислите объёмную долю (%) углекислого газа в полученной газовой смеси.

10. ДРТ 2019/2020. В5. Газовую смесь этана и этена общим объёмом 8 дм3 смешали с водородом объёмом 4,4 дм3 и нагрели. В результате полного гидрирования получили новую смесь объёмом 10,4 дм3. Определите объёмную долю (%) этана в исходной газовой смеси, если все измерения проводились при одинаковых условиях.

11. РТ по химии 2020/2021 (2 этап). В4. Имеется смесь пропена и пропана общим объёмом 4 дм3. К этой смеси добавили водород объёмом 1,5 дм3 и нагрели в присутствии катализатора до завершения реакции. В результате чего объём смеси стал равен 4,5 дм3. Рассчитайте объёмную долю (%) пропена в исходной смеси (измерения объёмов газов проводились при н.у.).

Ответы:

Развернуть/свернуть

1. 27

2. 40

3. 88

4. 282

5. 16

6. 2

7. 96

8. 7

9. 46

10. 75

11. 25

Посмотреть видео-объяснения каждого задания ЦТ, РТ и ДРТ всех лет вы можете получив полный доступ к сайту кликнув здесь «Получить все материалы сайта»

Посмотреть видео-объяснения всех заданий части В по темам вы можете здесь, нажав эту строку
Посмотреть все пробные варианты ЦТ вы можете здесь, нажав на эту строку
Посмотреть видео-объяснения решений всех типов задач вы можете здесь, нажав на эту строку
Посмотреть все видео-уроки вы можете здесь, нажав на эту строку
Прочитать всю теорию для подготовки к ЕГЭ и ЦТ вы можете здесь, нажав на эту строку
Больше заданий РТ вы можете найти здесь, нажав на эту строку
Больше заданий ЦТ вы можете найти здесь, нажав на эту строку

Материалы сайта (тесты, задания, задачи, видео) разработаны автором самостоятельно и не являются копией каких-либо других заданий, в том числе заданий, разработанных РИКЗом (Республиканским институтом контроля знаний). При составлении заданий использованы идеи, которые были использованы составителями ЦТ и РТ, что не является нарушением авторского права. Все материалы сайта используются исключительно в образовательных целях.

В доказание вышесказанного, привожу выдержки из Закона Республики Беларусь «Об авторском праве и смежных правах»:

Статья 7. Произведения, не являющиеся объектами авторского права
Пункт 2. Авторское право не распространяется на собственно идеи, методы, процессы, системы, способы, концепции, принципы, открытия, факты, даже если они выражены, отображены, объяснены или воплощены в произведении.

Статья 32. Свободное использование объектов авторского права и смежных прав
Пункт 2. Допускается воспроизведение отрывков из правомерно обнародованных произведений (цитирование) в оригинале и переводе в исследовательских, образовательных, полемических, критических или информационных целях в том объеме, который оправдан целью цитирования.

Статья 36. Свободное использование произведений в образовательных и исследовательских целях
Пункт 2. Статьи и иные малообъемные произведения, правомерно опубликованные в сборниках, а также газетах, журналах и других печатных средствах массовой информации, отрывки из правомерно опубликованных литературных и иных произведений могут быть воспроизведены посредством репродуцирования и иного воспроизведения в образовательных и исследовательских целях.

Источник