Дано: смесь СО(г) +Н₂(г)
Dсм(Не) < 2,4
η(СН₃ОН) (г) = 80 %
Dсм(Не) > 2,6
Найти: φ(Н₂)
Решение
Молярные массы: М(Не) = 4 г/моль; М(Н₂) = 2*1 = 2 г/моль; М(СО) = 12+16 = 28 г/моль; М(СН₃ОН) = 12+4+16 = 32 г/моль
1). Оценим состав смеси до реакции
Dсм(Не) = Мсм/М(Не) ⇒ Мсм = D * М(Не)
Мсм < 2,4 *4 ; ⇒ Мсм < 9,6 (г/моль)
28 *Х + 2*(1-Х) = (26Х + 2) (г/моль) молярная масса смеси
Х мольная доля угарного газа (она удобнее для вычислений) ⇒
(1 - Х) мольная доля водорода ⇒
28 * Х + 2 * (1 - Х) = 26Х + 2 молярная масса смеси
26Х + 2 < 9,6 ⇒ Х < (9,6-2)/26; Х < 0,2(923076)
СО + 2Н₂ (кат.)---> CН₃ОН
Согласно реакции соотношение СО : Н₂ = 1 : 2, т.е. мольная доля СО должна быть равна 1/3, но 1/3 > 0,2(923076), значит, водород в смеси в избытке и дальнейшие расчеты по СО
2) Оценим состав смеси после реакции
Выход спирта по условию 80% (или, что удобнее, 0,8), значит, по уравнению,
0,8 Х молей или 32*0,8Х = 25,6Х г образовалось метанола
0,8Х молей прореагировало угарного газа
Х - 0,8Х = 0,2Х молей или 28*02Х = 5,6 Х г осталось СО в смеси
0,8Х * 2 = 1,6Х водорода вступило в реакцию
(1-Х) - 1,6Х = (1 - 2,6Х) молей или 2*(1 - 2,6Х) = (2 - 5,2Х) г Н₂ осталось
0,2Х + 0,8Х + 1 - 2,6Х = (1 - 1,6Х) молей всего в смеси после реакции
(5,6Х + 25,6Х + (2 - 5,2Х))/(1 - 1,6Х) молярная масса смеси после реакции
(5,6Х + 25,6Х + (2 - 5,2Х))/(1 - 1,6Х) > 2,6 * 4 по условию
31,2Х -5,2Х + 2 > 10,4 * (1 - 1,6Х)
26Х + 16,64Х > 10,4 - 2
42,64Х > 8,4 ⇒
Х > 8,4/42,64 ; Х > ~ 0,197 ( значение округлено) уточненная доля СО в смеси
1 - Х < 1 - 0,197 ; 1 - Х < 0,803 (примерно)
3). Определение максимальной доли водорода в %
0,803 = 0,8943*100% = 80,3%
Т.о, максимальная мольная доля водорода в смеси не превышает 80 %. Поскольку в задании подчеркнуто, что все вещества - газы, то мольные доли равны объемным.
ответ: 80 %
СхНу+О2=хСО2+у/2Н2О найдём количество вещества углеводорода, вступившего в реакцию n=4,4/44=0,1 моль сооттветственнно х=0,3/0,1=3
у=44-12×3=8 итак формула С3Н8