Сколько литров СО2 образуется при взаимодействии углерода массой 4 г с кислородом объемом 11,2 л (н.у.)?...

Для расчета количества образовавшегося СО2 нужно сначала определить, какие вещества участвуют в реакции.

Уравнение реакции горения углерода: C + O2 -> CO2

Из уравнения видно, что для образования одной молекулы СО2 требуется одна молекула углерода и одна молекула кислорода. Таким образом, масса кислорода, необходимого для реакции с углеродом, равна массе углерода (4 г).

Далее, нужно определить, сколько молекул кислорода содержится в объеме 11,2 л (н.у.). Для этого воспользуемся уравнением состояния идеального газа: PV = nRT, где P - давление, V - объем, n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура. При нормальных условиях (н.у.) давление равно 1 атмосфере, температура - 273 К, универсальная газовая постоянная - 0,0821 латм/(мольК). Подставив данные, получаем: n = PV/(RT) = (1 атм 11,2 л)/(0,0821 латм/(мольК) 273 К) ≈ 0,48 моль.

Таким образом, 0,48 моль кислорода будет достаточно для реакции с 4 г углерода. После реакции углерод полностью прореагирует с кислородом, а значит, кислород не будет в избытке.

Итак, при взаимодействии углерода массой 4 г с кислородом объемом 11,2 л (н.у.) образуется 0,48 моль СО2, что при нормальных условиях объему 11,2 л соответствует примерно 10,8 л.

После реакции в избытке останется кислород, но в данном случае он не будет остаточным веществом.

Давайте рассмотрим реакцию взаимодействия углерода (C) с кислородом (O₂), которая приводит к образованию углекислого газа (CO₂). Уравнение реакции выглядит следующим образом:

[ \text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 ]

1. Рассчитаем количество вещества углерода:

Масса углерода (C) дана: 4 г. Молярная масса углерода (C) составляет 12 г/моль.

Количество вещества углерода (n) можно найти по формуле:

[ n(\text{C}) = \frac{m}{M} ]

где ( m ) — масса вещества, а ( M ) — молярная масса.

[ n(\text{C}) = \frac{4 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} = \frac{1}{3} \text{ моль} ]

1. Рассчитаем количество вещества кислорода:

Объем кислорода (O₂) дан: 11,2 л при нормальных условиях (н.у.), где 1 моль любого газа занимает 22,4 л.

Количество вещества кислорода (n) можно найти по формуле:

[ n(\text{O}_2) = \frac{V}{V_m} ]

где ( V ) — объем газа, а ( V_m ) — молярный объем газа (22,4 л/моль при н.у.).

[ n(\text{O}_2) = \frac{11,2 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,5 \text{ моль} ]

1. Определим избыток реагента:

Согласно уравнению реакции, 1 моль углерода реагирует с 1 моль кислорода, образуя 1 моль углекислого газа.

Из данных расчетов видно, что у нас есть:

• ( \frac{1}{3} \text{ моль} ) углерода;
• 0,5 моль кислорода.

Проверим, какой из реагентов находится в избытке. Для этого сравним, сколько моль одного реагента требуется для полного расходования другого.

Для полного расходования ( \frac{1}{3} \text{ моль} ) углерода потребуется также ( \frac{1}{3} \text{ моль} ) кислорода. У нас же есть 0,5 моль кислорода, что больше, чем ( \frac{1}{3} \text{ моль} ). Значит, углерод является лимитирующим реагентом, а кислород — в избытке.

1. Рассчитаем количество образовавшегося углекислого газа (CO₂):

Так как углерод является лимитирующим реагентом, количество образовавшегося углекислого газа будет равно количеству вещества углерода:

[ n(\text{CO}_2) = n(\text{C}) = \frac{1}{3} \text{ моль} ]

Теперь найдем объем образовавшегося углекислого газа (CO₂) при нормальных условиях:

[ V(\text{CO}_2) = n(\text{CO}_2) \times V_m ]

где ( V_m ) — молярный объем газа (22,4 л/моль при н.у.).

[ V(\text{CO}_2) = \frac{1}{3} \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 7,47 \text{ л} ]

1. Рассчитаем избыток кислорода:

Количество кислорода, который вступил в реакцию:

[ n(\text{O}_2, \text{реаг}) = n(\text{C}) = \frac{1}{3} \text{ моль} ]

Тогда избыток кислорода будет:

[ n(\text{O}_2, \text{изб}) = n(\text{O}_2, \text{нач}) - n(\text{O}_2, \text{реаг}) ]

[ n(\text{O}_2, \text{изб}) = 0,5 \text{ моль} - \frac{1}{3} \text{ моль} = 0,17 \text{ моль} ]

Объем избыточного кислорода:

[ V(\text{O}_2, \text{изб}) = n(\text{O}_2, \text{изб}) \times V_m ]

[ V(\text{O}_2, \text{изб}) = 0,17 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 3,81 \text{ л} ]

Таким образом, при взаимодействии 4 г углерода с 11,2 л кислорода образуется 7,47 л углекислого газа (CO₂), и в избытке остается 3,81 л кислорода (O₂).