Как найти объем выделившегося углекислого газа

Значит, дана реакция горения углерода, а это значит, что продуктами реакции, то есть веществами, которые участвуют в реакции будут кислород и углерод. Ход решения задачи разделим на два этапа.

Правильная запись дано и необходимых условий

Разработаем план записи данных:

• запишем вещества и их химические формулы, которые участвуют в реакции.
• записываем данные, которые даются в условии.
• записываем, что с чем реагирует.
• записываем то, что надо найти.

Значит, продукты реакции: углерод, химическая формула которого C, и кислород – O2.

Дано:

m(C) = 1 кг = 1000г.

взаимодействие C с O2;

Найти: V(угл. газа)-?

Последовательное решение задачи

Также запишем по пунктам этапы решения задачи и сразу же будем решать(m – масса вещества, v – количество вещества, M – молярная масса вещества, V – объем вещества):

1. Запишем уравнение реакции и укажем агрегатное состояние веществ: C + O2 = CO2↑. C – твердое, O2/CO2↑ – газообразные.
2. Из реакции – на 1 моль C расходуется 1 моль CO2;
3. Найдем v(C), v(C) = m(C)/M(C). 

   M(C) = 12 г/моль.

   v(C) = (1000 г) / (12 г/моль) = 83,33 моль.

4. Так как v(C) : v(CO2) = 1 : 1, то v(CO2) = v(C) = 83,33 моль.
5. Запишем формулу нахождения объема: V = v * Vm. Vm – молярный объем, который равен 22,4 л/моль, когда реакция протекает в нормальных условиях без каких-либо катализаторов и ускорителей реакции. Но, он используется для нахождения объема только газообразных веществ.
6. V(CO2) = 83,33 моль * 22,4 л/моль = 1866,592 л.

Запишем ответ:

Таким образом получаем, что при сгорании 1 кг углерода (C), выделяется углекислый газ (CO2) с объемом в 1866,592 л. [V(CO2) = 1866,592 л]

Спрятать решение

Спрятать критерии

Какой объем можно выделить углекислого газа (CO₂) при действии 200 грамм 10-процентного раствора азотной кислоты (HNO₃) на 90 грамм мела, содержащего 8% нерастворимых  в кислоте примесей?

Решение задачи

Напомню, что основу химического состава мела составляет карбонат кальция (CaCO₃) с небольшим количеством примесей.

Запишем уравнение реакции выделить углекислый газ (CO₂):

Вычислим, сколько азотной кислоты (HNO₃) (в граммах) содержится в 200 грамм 10-процентного раствора азотной кислоты (HNO₃) по формуле:

m (HNO₃) = 200 г ⋅ 0,1 = 20 (г).

Если раствор 10-процентный, то массовая доля азотной кислоты (HNO₃) в нем 0,1.

Учитывая, что мел содержит 8% примесей, следовательно, в состав мела входит 92% (0,92) карбоната кальция (CaCO₃). Вычислим, сколько карбоната кальция (CaCO₃) (в граммах) содержится в 90 грамм мела по формуле:

m (CaCO₃) = 90 г ⋅ 0,92 = 82,8 (г).

Учитывая, что молярные массы азотной кислоты (HNO₃) и карбоната кальция (CaCO₃) соответственно равны 63 и 100 г/моль (смотри таблицу Менделеева), найдем химическое количество данных веществ по формуле:

Получаем:

n (HNO₃) = 20 г / 63 г/моль = 0,32 (моль),

n (CaCO₃) = 82,8 г / 100 г/моль = 0,83 (моль).

По уравнению реакции определим, какое вещество находится в избытке, а какое в недостатке. Напомню, расчет следует вести по недостатку.

Из уравнения реакции следует, что на 1 моль карбоната кальция (CaCO₃) требуется в 2 раза больше азотной кислоты (HNO₃), то есть на 0,83 моль карбоната кальция (CaCO₃) необходимо 1,66 азотной кислоты (HNO₃), следовательно, 0,32 моль недостаточно для 0,83 карбоната кальция (CaCO₃), который взят в избытке и прореагирует неполностью.

Так как карбонат кальция (CaCO₃) взят в избытке, расчет следует вести по числу молей азотной кислоты (HNO₃). Составим соотношение:

2 моль HNO₃ надо, чтобы выделить углекислый газ 1 моль

 0,32 моль HNO₃ надо, чтобы выделить углекислый газ х моль

Откуда:

Вычислим объем углекислого газа (CO₂), который выделяется в ходе реакции по формуле, устанавливающей связь между химическим количеством вещества и объемом:

V (CO₂) = 0,16 моль ⋅ 22,4 л/моль = 3,58 (л).

Ответ:

выделить углекислый газ объемом 3,58 литра.

Углекислый газ

Составная часть атмосферы, основное сырье для процесса фотосинтеза зеленых растений, продукт жизнедеятельности живых организмов.

По систематической международной номенклатуре (IUPAC) вещество с формулой СО2 получило название – Оксид углерода(IV). Тривиальные (общепринятые названия) – двуокись или диоксид углерода, угольный ангидрид (солеобразующий оксид, обладающий кислотными свойствами).

Формула углекислого газа

СО₂

Молекула углекислого газа образована двумя атомами кислорода и атомом углерода. Структурная формула – О=С=О. Валентность углерода равна 4. Степень окисления – (+4). Тип связи – ковалентная полярная.

Получение углекислого газа

Природные источники углекислого газа

Углекислый газ образуется при медленном окислении в процессах дыхания, брожения, гниения органических веществ. Выделяется при разложении природных карбонатов, сгорании топлива, образовании дымовых газов. Содержится в воздухе, минеральных источниках.

В сутки организм человека выделяет 1 кг СО₂. В воздухе содержится 0,03% углекислого газа.

Лабораторные способы получения

В лаборатории газ можно получить взаимодействием соляной кислоты с мелом, мрамором, содой. Собирается газ методом вытеснения воздуха.

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂+ H₂O + CO₂,

NaHCO₃+ HCl → NaCl + H₂O + CO₂.

Промышленные способы получения

1. Обжиг известняка: CaCO₃ → CaO + CO₂.
2. Как побочный продут разделения воздуха при получении кислорода, азота, аргона.

Свойства углекислого газа

Физические свойства

Вещество нетоксичное, негорючее.

Вещество в твердом агрегатном состоянии называется «сухим льдом».

Высокую концентрацию диоксида углерода можно определить органолептически – во рту, на языке появляется кисловатый привкус. Повышенное содержание опасно для организма – вызывает удушье.

Химические свойства

1. Качественная реакция: при взаимодействии углекислого газа с известковым молочком (гидроксидом кальция) образуется карбонат кальция – осадок белого цвета.

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O.

1. CO₂, как кислотный оксид, реагирует с водой с образованием угольной кислоты. Эта кислота – соединение нестойкое, легко распадается на углекислый газ и воду. Тип реакции – реакция соединения, обратимая.

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃.

1. При нагревании распадается на оксид углерода(II) и воду: 2CO2 = 2CO + O2.

2. Взаимодействует с основными оксидами, с образованием солей:

CaO + CO₂ = CaCO₃; Al₂O₃ + 3CO₂ = Al₂(CO₃)₃.

Тип реакции – реакция соединения.

1. Взаимодействует со щелочами, с образованием кислых и средних солей:

CO₂ + NaOH = NaHCO₃;

CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O.

Средняя соль образуется при избытке щелочи. Кислая соль образуется при отношении количеств вещества оксида и щелочи – 1:1.

1. При температуре реагирует с активными металлами:

CO₂ + 2Mg = C + 2MgO

Углекислый газ в основном проявляет восстановительные свойства, но при взаимодействии с активными металлами является окислителем.

1. Вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами:

CO₂ + 4H₂ = CH₄ + 2H₂O (условия протекания реакции – высокая температура, катализатор Cu₂O).

Применение углекислого газа

В пищевой промышленности:

• используется при производстве минеральной воды и газированных напитков;
• как пищевая добавка (Е290), повышает сроки хранения продуктов;
• в качестве разрыхлителя придает легкость и пышность кондитерским изделиям;
• как хладогент;
• для удаления из кофе кофеина.

В авиамоделировании используется как источник энергии для двигателей; применяется в пневматическом оружии; как заправка для углекислотных огнетушителей. Используется в качестве защитной среды при сварке.

Находит углекислый газ применение и в медицине – используется для криоабляции новообразований, служит стимулятором глубокого дыхания.

В химической промышленности газ используется в синтезе химических веществ, производстве солей угольной кислоты, процессах осушки и очистки полимеров, волокон растительного и животного происхождения. Применяется для очистки сточных вод, повышает проводимость сверхчистой воды.

Примеры решения задач

Задача 1

Найти массовую долю углерода в углекислом газе.

Решение

М(СО₂) = 12+2х16 = 44 г/моль.
Аr(С) = 12 г/моль.
W(С) = 12/44 = 0,27 или 27%

Ответ: массовая доля углерода в углекислом газе равна 27%.

Задача 2

Вычислить объем углекислого газа, выделившегося при взаимодействии соляной кислоты с мрамором массой 100 г.

Решение

300 г — х л

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂+ H₂O + CO₂

1 моль — 1 моль
100 г/моль — 22,4 л/моль
100 г — 22,4 л

х(СО₂) = 300х22,4/100 = 67, 2 (л).

Ответ: Объем углекислого газа равен 67, 2 л.

Тест по теме «Углекислый газ»

Метод решения задачи по химии на определение объема газа, выделившегося при горении этана | Типовая задача «В10» – химия ЕГЭ

Задача 1.
Объем газа (н.у.), который образуется при горении 20,0 л этана (н.у.) в 52,0 л кислорода (н.у.), равен……л. (Запишите число с точностью до десятых).
Дано:
объем этана (н.у.): V(С₂Н₆) — 20 л;
объем кислорода (н.у.): V(О₂) = 52 л.
Найти: объем газа.
Решение:
Записываем реакцию горения этана:
2 С₂Н₆ + 7О₂ →  4СО₂ + 6Н₂О
В тестах ЕГЭ в заданиях «В9» и «В10» при горении органических веществ всегда предполагается образование СО₂, вне зависимости от количества кислорода или воздуха¹.
В задаче требуется определить объем газа. Это требование относится только к СО₂, несмотря на то, что в условиях горения образующаяся вода тоже находится в газообразном состоянии. Ее при вычислениях учитывать не надо, т.к. необходимо найти объем газа при нормальных условиях².

В условии указаны количественные данные, относящиеся к двум исходным веществам одной химической реакции. Это верный признак задачи на избыток-недостаток.

1. Находим количество вещества С₂Н₆ и О₂, принявших участие в первой реакции:

2. Определяем, какое вещество находится в недостатке. Выберем за основу этан и определим по уравнению реакции количество О₂, которое необходимо для полного сгорания 0,893 моль С₂Н₆:

n(С2Н6) необходимо	n(С2Н6) дано по условию
3,126 моль —-> 2,321 моль

О₂ находится в недостатке и расходуется весь в процессе реакции. Поэтому дальнейшие расчеты по уравнению реакции будем проводить по кислороду.
3. По уравнению реакции, используя значение количества вещества кислорода, находим объем выделившегося углекислого газа:

Составляем пропорцию:

2,321 моль О₂ дает х л СO₂ (по условию)
7 моль О₂ дает 89,6 л СО₂ (по уравнению)
x=2,321 . 89,6 = 29,7 л = V(CO₂).

Ответ: V(CO₂) = 29,7 л.

Объем выделившегося углекислого газа можно было найти и по закону объемных отношений, так как и кислород, и СО₂ являются газами. Для расчета используем объем кислорода, так как он в недостатке.

Согласно уравнению реакции  , получим:

Ответ: V(CO₂) = 29,7 л.

Комментарии:
¹В реальности при недостатке кислорода может образоваться не только СО₂, но и СО. Причем, чем больше молярная масса горящего вещества, тем больше угарного газа образуется при недостатке О₂.
²В некоторых задачах, где описана реакция горения органических веществ, нет указания на н.у. Несмотря на это газом надо считать только СО₂, не учитывая воду (если нет специальной оговорки по этому поводу).

---

Источник:
ЕГЭ. Химия. Расчетные задачи в тестах ЕГЭ. Части А, В, С / Д.Н. Турчен. — М.: Издательство «Экзамен», 2009. — 399 [1]с. (Серия «ЕГЭ. 100 баллов»). I8ВN 978-5-377-02482-8.

---