Уравнения реакции горения угля углерода и серы

Практическая работа 3. Получение и свойства кислорода.

Получение и собирание кислорода.

а) Соберите прибор, как показано на рисунке 25 (с. 73), и проверьте его на герметичность. В пробирку насыпьте перманганат калия примерно на 1/4 её объёма и у отверстия пробирки положите рыхлый комочек ваты. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Закрепите пробирку в лапке штатива так, чтобы коней газоотводной трубки почти доходил до дна стакана или цилиндра, в котором будет собираться кислород. В пламени спиртовки сначала обогрейте всю пробирку, а затем нагревайте её дно. Полноту заполнения стакана (цилиндра) кислородом проверяйте тлеющей лучинкой. Как только сосуд наполнится кислородом, закройте его картоном или стеклянной пластинкой.

б) Соберите прибор, как показано на рисунке 26 (с. 74), и проверьте его на герметичность. В сосуд с водой опрокиньте пробирку с водой (или цилиндр, закрытый стеклянной пластинкой). Затем пробирку (цилиндр) с водой наденьте на конец газоотводной трубки и нагревайте пробирку с перманганатом калия. Когда сосуд заполнится кислородом, закройте его под водой стеклянной пластинкой.

Горение в кислороде угля и серы.

а) Положите в железную ложечку кусочек древесного угля и раскалите его в пламени спиртовки. Затем ложечку с тлеющим углем внесите в сосуд с кислородом и наблюдайте за происходящим. Когда горение прекратится, влейте в сосуд немного известковой воды и взболтайте. Почему известковая вода мутнеет? Запишите уравнение реакции трения угля.

б) В железную ложечку положите кусочек серы и подожгите его в пламени спиртовки (Опыт проводится в вытяжном шкафу!) Понаблюдайте, как сера горит на воздухе. Затем поместите горящую серу в сосуд с кислородом. Как изменилось пламя? Почему? Запишите уравнение реакции горения серы.

Получение и собирание кислорода.

Горение в кислороде угля и серы.

а).
При внесении раскаленного уголька в пробирку с кислородом наблюдается яркое горние угля:
C + O₂ ⟶ CO₂
Помутнение известкой воды связано с тем, что в колбе содержится углекислый газ:
Ca(OH)₂ + CO₂ ⟶ CaCO₃ + H₂O

б).
Сера в воздухе горит бледно-голубым пламенем, а в кислороде ярким синеватым пламенем:
S + O₂ ⟶ SO₂
Пламя стало более ярким из-за того, что увеличилась концентрация кислорода.

Вариант 4

Вопросы:

1. Дайте определение адсорбции и десорбции. Укажите, где используют адсорбционную способность древесного угля.

2. Напишите уравнения реакций: а) горения оксида углерода(II); б) взаимодействия углерода с серой; в) получения оксида углерода(IV) из мрамора лабораторным способом.

3. Рассчитайте объемную долю (%) каждого из газов в смеси, состоящей из азота, оксида углерода(II) и оксида углерода(IV), если при пропускании 10 л такой смеси (н. у.) вначале через избыток известковой воды, а затем над нагретым оксидом меди(II) выпадает 15 г осадка и образуется 8,2 г меди. (Ответ: 33,6 % СO₂, 28,7 % СО, 37,7 % N₂.)

Ответы и решения:

1. Адсорбция — процесс поглощения поверхностью вещества другого вещества.

Десорбция — процесс выделения вещества с его поверхности. Адсорбционная способность древесного угля применяется в медицине при отравлениях для поглощения ядов.

Решебник по химии за 9 класс (А.М.Радецкий, 2011 год),
задача №4
к главе «Тема IV. Подгруппа углерода. Работа 1. Углерод. Оксиды углерода».

Вычислите массу угля в смеси.

Смесь серы с углем, масса которой равна 9,5 г, при сжигании образовала 8,4 л смеси сернистого и углекислого газов (н.у.). Вычислите массу угля в смеси.

Прочтя текст задачи, записываем ее краткое условие и выполняем необходимые для решения предварительные действия – определяем молярные массы серы и углерода, молярный объем газов.

m (смеси C и S ) = 9,5 г

M ( C ) = 12 г/моль

M ( S ) = 32 г/моль

Затем внимательно читаем условие задачи для выявления процессов, о которых идет речь, вспоминаем формулы названных веществ и составляем уравнения всех протекающих реакций.

В данной задаче речь идет о реакции смеси серы и углерода с кислородом, при этом выделяется два оксида – оксид серы (IV) и оксид углерода (IV). Запишем уравнения реакции горения:

Следующий этап решения задачи – проведение ее анализа. В задаче сказано, что смесь серы и угля при сгорании образует 8,4 л газообразных оксидов, т. е. приведенный в условии объем является суммой объемов оксида серы (IV) и оксида углерода (IV). Таким образом, две базовые задачи (по массе каждого компонента вычисляется объем оксида) объединены в одну. Но в задаче не даны массы каждого ингредиента, а указана масса их смеси. Поэтому вводим неизвестную величину – х (г).

Дальнейшее решение может осуществляться несколькими способами.

1-й способ: составление уравнения с одним неизвестным.

Предположим, что масса углерода в смеси равна х г, тогда масса серы будет (9,5 – х) г. По уравнению реакции (1) вычисляем способом пропорции объем оксида углерода (IV), полученный при сгорании угля:

Из 12 г С при сгорании получается 22,4 л СО₂,

тогда из х г С при сгорании образуется V₁ л СО₂.

. Отсюда V₁ = = 1,87х

Затем по уравнению реакции (2) аналогичным путем вычисляем объем оксида серы (IV), полученный при сгорании серы:

Из 32 г S при сгорании получается 22,4 л SO₂,

тогда (9,5 – х) г S при сгорании получается V₂ л SO₂.

. Отсюда V₂ = = 0,7·(9,5 – х)

Составляем алгебраическое уравнение с одним неизвестным:

В ходе преобразования получаем:

Ответ: в смеси было 1,5 г С.

2-й способ: составление системы уравнений с двумя неизвестными.

Предположим, что масса углерода в смеси равна х г, тогда масса серы будет y г. По уравнению реакции (1) вычисляем способом пропорции объем оксида углерода (IV), полученный при сгорании угля:

Из 12 г С при сгорании получается 22,4 л СО₂,

тогда из х г С при сгорании образуется V₁ л СО₂.

. Отсюда V₁ = = 1,87х

Из 32 г S при сгорании получается 22,4 л SO₂,

тогда y г S при сгорании получается V₂ л SO₂.

. Отсюда V₂ = = 0,7y

Так как смесь состоит только из двух компонентов, то сумма их масс будет равняться массе смеси в целом:

Поскольку газообразные продукты образуются в результате двух реакций, а образующиеся газы не взаимодействуют ни друг с другом, ни с компонентами смеси, то объем выделившихся газообразных продуктов будет являться суммой объемов оксида серы (IV) и оксида углерода (IV):

Таким образом, мы получили систему уравнений с двумя неизвестными:

x + y = 9,5 (г)

Выразим из первого уравнений значение y:

Подставим данное значение во второе уравнение системы:

Ответ: в смеси было 1,5 г С.

3-й способ: через количество вещества.

Предположим, что смесь состояла из х моль углерода и y моль серы. Так как m (S) = ν (S)·M (S), а m (С) = ν (С)·M (С), то 12 х – масса углерода в смеси, а 32y – масса серы в смеси. Масса всей смеси составит:

Согласно уравнению (1) из х моль углерода получается х моль оксида углерода (IV); согласно уравнения (2) из y моль серы получается y моль оксида серы (IV). Поскольку объем газа вычисляется как

то объем газообразных продуктов, образовавшихся при сжигании смеси будет равен:

Составляем систему из двух уравнений с двумя неизвестными:

Умножим все члены второго уравнения системы на 1,43 и получим новую систему:

12x + 32y = 9,5 (г)

А теперь почленно вычтем из первого уравнения системы второе и получим:

х = 0,125 (моль) – ν(С) в смеси.

m (С) = ν (С)·M (С); m (С) = 0,125 · 12 = 1,5 (г)

Ответ: в смеси было 1,5 г С.

4-й способ – графический.

Если смесь состоит только из двух компонентов, то для учащихся, понимающих графики, можно предложить вычисление масс (объемов, количеств) компонентов с использованием графика.

Изобразим состав двухкомпонентной смеси графически в виде отрезка прямой. Длина этого отрезка отвечает массе смеси. За начальную точку А принимаем содержание в смеси одного компонента в чистом виде (например, 9,5 г угля). Тогда конечная точка В отрезка будет отвечать содержанию в смеси только второго компонента – серы массой 9,5 г. В этом случае любая точка на данном отрезке (см. рис. 1) будет представлять смесь той же массы – 9,5 г с определенным содержанием каждого компонента, которое влияет на объем выделившихся в результате горения газообразных оксидов. В направлении от точки А к точке В увеличивается содержание серы от 0 до 9,5 г и уменьшается масса угля от 9,5 до 0 г.

m (C в смеси)

А 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9,5 В

9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 0

m (S в смеси)

Рис. 1. Состав смеси угля и серы

В ходе решения задачи в точках А и В строим перпендикуляры к прямой АВ и откладываем на них отрезки, соответствующие объемам выделившихся оксида углерода (IV) и оксида серы (IV) при горении 9,5 г угля и 9,5 г серы.

. Отсюда V (CO₂) = = 17,73 (л)

. Отсюда V (SO₂) = = 6,65 (л)

Полученные точки (17,73 и 6,65 л) соединяем прямой, которая отражает функциональную зависимость объема выделившихся газообразных оксидов от соотношения неметаллов в 9,5 г смеси

Для определения состава смеси (см. рис. 2) откладываем на одном из перпендикуляров объем смеси газообразных продуктов реакции горения – 8,4 л и находим соответствующую этому объему точку на прямой зависимости объема от соотношения компонентов.

Проектируя полученную точку на прямую АВ, определяем соотношение неметаллов. В рассмотренном примере это 1,5 г угля и 8 г серы.

Рис. 2. Зависимость объема выделившихся оксидов от состава смеси угля и серы

Ответ: в смеси было 1,5 г С.

5-й способ: с использованием правила «смешения».

Если необходимо вычислить содержание компонентов в смеси, составленной только из двух веществ, можно использовать правило смешения:

Отношение массы одного компонента к массе второго обратно пропорционально разности отношений свойств этих компонентов и смеси в абсолютном значении.

Данную зависимость можно записать в виде формулы:

m (С) : m (S) = .

При этом свойства компонентов – объем выделившихся газообразных оксидов серы (IV) и углерода (IV) соизмеримы при использовании равных масс компонентов и смеси, например по 9,5 г.

Из 12 г С при сгорании получается 22,4 л СО₂,

тогда из 9,5 г С при сгорании образуется V л СО₂.

. Отсюда V (CO₂) = = 17,73 (л)