номер 5, страница 54 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5. В результате взрыва смеси, состоящей из $1 \text{ дм}^3$ неизвестного газа и $2 \text{ дм}^3$ кислорода, образовалось $2 \text{ дм}^3$ углекислого газа и $1 \text{ дм}^3$ азота. Все объёмы измерены при одинаковых условиях. Установите формулу неизвестного газа.

Дано:
$V(\text{газа}) = 1\text{ дм}^3$
$V(\text{O}_2) = 2\text{ дм}^3$
$V(\text{CO}_2) = 2\text{ дм}^3$
$V(\text{N}_2) = 1\text{ дм}^3$

Найти: формулу неизвестного газа.

Решение:

Согласно закону объёмных отношений Гей-Люссака, объёмы вступающих в реакцию и образующихся газов при одинаковых условиях относятся друг к другу как небольшие целые числа, которые соответствуют стехиометрическим коэффициентам в уравнении химической реакции:

$$V(\text{газа}) : V(\text{O}_2) : V(\text{CO}_2) : V(\text{N}_2) = 1 : 2 : 2 : 1$$

Следовательно, стехиометрические коэффициенты перед веществами в уравнении реакции равны $1$, $2$, $2$ и $1$ соответственно.

Так как в продуктах реакции образуются только углекислый газ $\text{CO}_2$ и азот $\text{N}_2$, а водородсодержащие вещества (например, пары воды) отсутствуют, исходный неизвестный газ состоит из атомов углерода ($\text{C}$), азота ($\text{N}$) и, возможно, кислорода ($\text{O}$). Запишем его общую формулу в виде $\text{C}_x\text{N}_y\text{O}_z$.

Схема уравнения реакции с найденными коэффициентами имеет вид:

$$1\,\text{C}_x\text{N}_y\text{O}_z + 2\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + 1\,\text{N}_2$$

На основе закона сохранения массы веществ составим материальный баланс по каждому химическому элементу:

• По углероду ($\text{C}$): в правой части реакции находится $2 \times 1 = 2$ атома $\text{C}$, следовательно, $x = 2$.
• По азоту ($\text{N}$): в правой части реакции находится $1 \times 2 = 2$ атома $\text{N}$, следовательно, $y = 2$.
• По кислороду ($\text{O}$): в правой части реакции содержится $2 \times 2 = 4$ атома $\text{O}$. В левую часть вместе с молекулярным кислородом вступило $2 \times 2 = 4$ атома $\text{O}$. Значит, на долю неизвестного газа приходится $z = 4–4 = 0$ атомов кислорода.

Таким образом, химическая формула неизвестного газа — $\text{C}_2\text{N}_2$ (дициан).

Ответ: $\text{C}_2\text{N}_2$