20. Чадний газ

• До змісту

20.1 Схарактеризуйте фізичні властивості газу, заповнивши таблицю

20.2 Дослідіть горіння спиртів: метанолу, етанолу, пентанолу тощо. Чим відрізняється полум’я різних спиртів?

Метанол горить майже невидимим полум’ям, етанол — ледь помітним синім полум’ям, а пентанол — яскраво-жовтим із кіптявою.

Про що це свідчить?

Це вказує на наявність у ньому твердих часточок сажі (вуглецю C), які розжарюються і світяться.

У який спосіб можна довести наявність часточок сажі в полум’ї?

До полум’я слід піднести порцелянову чашу — поява чорної плями (кіптяви) свідчитиме про наявність сажі

20.3 Рівняння згоряння етилового спирту $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$ за умови:

а) надлишку кисню

$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 3\text{O}_2 = 2\text{CO}_2 + 3\text{H}_2\text{O}$

б) нестачі кисню

$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{O}_2 = 2\text{CO} + 3\text{H}_2\text{O}$.

20.4 Способи одержання чадного газу

20.5 Хімічні рівняння

20.6 Порівняйте масову частку Карбону в етанолі та пентанолі. Чи правильним є твердження: чим більша масова частка Карбону в речовині, тим більша й ймовірність утворення кіптяви?

Маса етанолу:

$M(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46 \text{ г/моль}$

Частка Карбону:

$\omega(\text{C}) = \dfrac{24}{46} \cdot 100\% \approx 52,17\%$

Маса пентанолу:

$M(\text{C}_5\text{H}_{11}\text{OH}) = 5 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 16 = 88 \text{ г/моль}$

Частка Карбону:

$\omega(\text{C}) = \dfrac{60}{88} \cdot 100\% \approx 68,18\%$

Оскільки $52,17\% < 68,18\%$, твердження правильне.

20.7 Порівняйте масову частку Карбону в метані $\text{СН}_4$ та бензині $\text{С}_8\text{Н}_{18}$. Складіть хімічні рівняння повного згоряння метану та бензину. Чи можна стверджувати, що бензин має згоряти кіптявим полум’ям?

Для метану:

$M(\text{CH}_4) = 12 + 4 \cdot 1 = 16 \text{ г/моль}$
$\omega(\text{C}) = \dfrac{12}{16} \cdot 100\% = 75\%$

Для бензину:

$M(\text{C}_8\text{H}_{18}) = 12 \cdot 8 + 18 \cdot 1 = 114 \text{ г/моль}$
$\omega(\text{C}) = \dfrac{96}{114} \cdot 100\% \approx 84,21\%$

Рівняння реакцій:

$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 = \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$
$2\text{C}_8\text{H}_{18} + 25\text{O}_2 = 16\text{CO}_2 + 18\text{H}_2\text{O}$

Відповідь: Так, бензин має більшу схильність до утворення кіптяви, оскільки масова частка Карбону в ньому значно вища (84%), ніж у метані (75%).

20.8 Обчисліть об’єм чадного газу (н.у.), необхідний для відновлення залізної руди масою 1 кг, якщо вона складається з оксиду $\text{Fe}_3\text{O}_4$.

Дано:

$m(\text{Fe}_3\text{O}_4) = 1000 \text{ г}$

Знайти:

$V(\text{CO}) - ?$

Розв’язання:

Молярна маса руди:

$M(\text{Fe}_3\text{O}_4) = 56 \cdot 3 + 16 \cdot 4 = 232 \text{ г/моль}$

Кількість речовини руди:

$n(\text{Fe}_3\text{O}_4) = \dfrac{1000}{232} \approx 4,31 \text{ моль}$

Рівняння:

$\text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{CO} = 3\text{Fe} + 4\text{CO}_2$

За рівнянням

$n(\text{CO}) = 4 \cdot n(\text{Fe}_3\text{O}_4) = 4 \cdot 4,31 = 17,24 \text{ моль}$

Об’єм газу:

$V(\text{CO}) = 17,24 \cdot 22,4 = 386,176 \approx 387 \text{ л}$

Відповідь: 387 л.

20.9 Унаслідок згоряння 1 л бензину в середньому утворюється до 200 г чадного газу. Обчисліть частку бензину (у відсотках за масою), яка за таких умов згоряє з утворенням чадного газу. Прийміть, що хімічна формула бензину $\text{С}_8\text{Н}_{18}$, а його густина дорівнює 750 г/л.

Дано:

$V_{\text{бенз}}=1\ \text{л}$

$\rho_{\text{бенз}}=750\ \text{г/л}$ $m(CO)=200\ \text{г}$

Знайти:

$w - ?$

Розв’язання:

Маса 1 л бензину:

$m_{\text{заг}}=1\ \text{л}\cdot 750\ \text{г/л}=750\ \text{г}$

Рівняння неповного згоряння бензину до CO:

$2C_8H_{18}+17O_2=16CO+18H_2O$

Із рівняння видно: з 2 моль $C_8H_{18}$ виходить 16 моль $CO$, тобто співвідношення $1:8$.

Кількість речовини чадного газу:

$n(CO)=\dfrac{200\ \text{г}}{28\ \text{г/моль}}\approx 7{,}143\ \text{моль}$

Кількість речовини бензину, що пішла на утворення цього CO:

$n(C_8H_{18})=\dfrac{n(CO)}{8}=\dfrac{7{,}143}{8}\approx 0{,}893\ \text{моль}$

Маса цього бензину:

$m(C_8H_{18})_{\text{реаг}}=0{,}893\ \text{моль}\cdot 114\ \text{г/моль}\approx 101{,}8\ \text{г}$

Масова частка бензину, що згоріла неповністю:

$w=\dfrac{101{,}8}{750}\cdot 100\%\approx 13{,}6\%$

Відповідь: приблизно 13,6%.

20.10 Оцініть правильність тверджень щодо можливості загасити палаючий магній.

✓ Іра сказала: «магній, який палає, не можна гасити водою, оскільки за підвищеної температури магній реагує з водою з утворенням вогненебезпечного газу» (магній реагує з водяною парою, витісняючи водень ($Mg + H_2O = MgO + H_2$), який є вибухонебезпечним газом.)

✓ Микола зауважив: «пісок (силіцій оксид) реагує з магнієм, тож у разі гасіння магнію, який палає, піском теплота, яка виділяється під час реакції, посилює горіння» (Магній є активним відновником і реагує з піском з виділенням великої кількості тепла: $2Mg + SiO_2 = 2MgO + Si + Q$. Тому звичайний пісок не завжди ефективний для гасіння великих загорянь магнію.)

❌ Сергій гадав: «магній, який палає, не можна гасити вуглекислим газом, оскільки він реагуватиме з магнієм з утворенням ще небезпечнішого чадного газу». Це помилка.