Question

В закрытом сосуде смешали при одинаковых условиях 10 л водорода и 5 л хлора. Через смесь пропустили электрический разряд. Вычислите объемные доли веществ в обазовавшейся после взрыва смеси.

Answer 1

H2 + Cl2 = 2HCl

n(H2) = V(H2)/Vm  (Vm -молярный объем, равен 22,4 л/моль при н.у.)

n(H2) = 10/22,4 = 0,45моль.

n(Cl2) = 5/22,4 = 0,22моль.

По уравнению реакции видно, что водород и хлор реагируют в равных количествах n(H2)=n(Cl2). На деле же водорода больше, он в избытке, значит хлор расходуется полностью, а водород остается. Количество хлороводорода рассчитываем по хлору, т.к. он расходуется полностью:

По уравнению реакции видно, что хлороводорода получается в два раза больше чем вступило в реакцию хлора n(HCl) = 2*n(Cl2) = 2*0,22 = 0,44моль.

Рузельтирующая смесь состоит из хлороводорода и непрореагировавшего водорода. Количество непрореагировавшего водорода равно разнице между исходным количеством его и тем, что вступило в реакцию. По реакции видно, что водорода израсходовалось столько же сколько и хлора, значит после реакции водорода осталось 0,45 - 0,22 = 0,23моль.

Находим объемы хлороводорода и водорода:

V(H2) = n(H2)*Vm = 0,23*22,4 = 5л.

V(HCl) = n(HCl)*Vm = 0,44*22,4 = 10 л.

фи(газа) = V(газа)/V(всех газов)  (фи - объемная доля)

фи(Н2) = 5/15 = 0,33 или 33%

фи(HCl) = 10/15 = 0,67 или 67%

Answer 2

Когда водород и хлор смешиваются и подвергаются воздействию электрического разряда, происходит реакция образования хлороводорода (HCl):

\[ \text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl} \]

Исходные объемы газов до реакции:

\[ V(\text{H}_2) = 10 \, \text{л} \] \[ V(\text{Cl}_2) = 5 \, \text{л} \]

Согласно уравнению реакции, 1 моль водорода реагирует с 1 молью хлора, образуя 2 моли хлороводорода. Таким образом, количество молей реагирующих газов одинаково, и половина объема смеси после реакции будет состоять из хлороводорода.

Объем хлороводорода после реакции (V(HCl)):

\[ V(\text{HCl}) = \frac{1}{2} \cdot V(\text{H}_2) + \frac{1}{2} \cdot V(\text{Cl}_2) = \frac{1}{2} \cdot 10 \, \text{л} + \frac{1}{2} \cdot 5 \, \text{л} = 7.5 \, \text{л} \]

Теперь можем вычислить объемные доли веществ в образовавшейся смеси:

1. Объемная доля водорода ( \( \text{V\%}(\text{H}_2) \) ): \[ \text{V\%}(\text{H}_2) = \frac{V(\text{H}_2)}{V(\text{H}_2) + V(\text{HCl})} \times 100 \] \[ \text{V\%}(\text{H}_2) = \frac{10 \, \text{л}}{10 \, \text{л} + 7.5 \, \text{л}} \times 100 \approx 57\% \]

2. Объемная доля хлора ( \( \text{V\%}(\text{Cl}_2) \) ): \[ \text{V\%}(\text{Cl}_2) = \frac{V(\text{Cl}_2)}{V(\text{Cl}_2) + V(\text{HCl})} \times 100 \] \[ \text{V\%}(\text{Cl}_2) = \frac{5 \, \text{л}}{5 \, \text{л} + 7.5 \, \text{л}} \times 100 \approx 40\% \]

3. Объемная доля хлороводорода ( \( \text{V\%}(\text{HCl}) \) ): \[ \text{V\%}(\text{HCl}) = \frac{V(\text{HCl})}{V(\text{Cl}_2) + V(\text{HCl})} \times 100 \] \[ \text{V\%}(\text{HCl}) = \frac{7.5 \, \text{л}}{5 \, \text{л} + 7.5 \, \text{л}} \times 100 \approx 43\% \]

Таким образом, объемные доли веществ в образовавшейся после взрыва смеси будут приблизительно 57% водорода, 40% хлора и 43% хлороводорода.