Задача 115

Один моль любого газа при н.у. занимает объем 22,4 л. Следовательно в сосуде помещается 11,2/22,4 = 0,5 моля газа. Это количество водорода весит 2*0,5 = 1 г, кислорода 32*0,5 = 16 г, воздуха (его средняя молярная масса 29 г/моль) 29*0,5 = 14,5 г.

  1. Собственная масса сосуда 1245–1 = 1244 г, масса с кислородом 1244+16 = 1260 г, с воздухом 1244+14,5 = 1258,5 г.
  2. Уравнение реакции: 2H2 + O2 = 2H2O. Из стехиометрии реакции следует, что кислород находится в избытке, а водород прореагирует полностью. Воды получится столько же, сколько было водорода, т.е. 0,5 моля. Ее масса 18*0,5 = 9 г, объем при н.у. 9 г : 1 г/мл = 9 мл. Масса сосуда с продуктом и с воздухом 1258,5+9 = 1267,5 г, из которых для точности надо вычесть массу 9 мл вытесненного водой воздуха. Но эта масса составляет всего 29*9*10-3/22,4 = 0,012 г, поэтому ей можно пренебречь. Масса воды в заполненном ей сосуде 11,2 л * 1000 г/л = 11200 г, а вместе с сосудом 11200+1244 = 12444 г.
  3. При действии на кислород электрических разрядов часть кислорода превращается в озон: 3O2 = 2O3. До реакции в сосуде содержалось 0,5*6,02*1023 = 3,01*1023 молекул, после реакции 0,95*3,01*1023 = 2,86*1023 молекул. Дальше есть много вариантов вычисления количества образовавшегося озона, например такой. Общее количество молей газов тоже сократилось на 5 %, т.е. на 0,05*0,5 = 0,025 моля. Составляем пропорцию:

При образовании 2 молей озона кол-во газов сокращается на 1 моль;

При образовании х молей озона кол-во газов сократилось на 0,025 моля.

Отсюда х = 0,025*2 = 0,05 моля.

На образование 0,05 моля озона (его масса 48*0,05 = 2,4 г) было потрачено 0,05*3/2 = 0,075 молей кислорода, которого осталось 0,5–0,075 = 0,425 моля (32*0,425 = 13,6 г). Поскольку в равных объемах газов содержится одинаковое количество молекул, для газов объемные и мольные % совпадают. Количественный состав смеси после реакции: О3 – 100*0,05/(0,05+0,425) = 10,5 об. % и 100*2,4/16 = 15 масс. %; О2 - 100*0,425/(0,05+0,425) = 89,5 об. % и 100*13,6/16 = 85 масс. %;

  1. Озон – очень сильный окислитель, в водном растворе окисляющий иодид-ионы до йода: 2KI + О3 + Н2O = I2¯ + О2­ + 2КОН. Один моль озона выделяет 1 моль йода, значит, 0,005 моль – это максимальное количество йода, которое можно получить. Его масса составит m = 0,05·253.8 = 12,69 г.