Изпит по химия 2015 г., въпрос с отворен отговор 2a (част 1 от 2)

"Етен (етилен), С2Н4, моларна маса 28,1 грама на мол, може да бъде приготвен чрез дехидратация на етанол, С2Н5ОН, моларна маса 46,1 грама на мол, като се използва катализатор в твърда форма. Подготовка за лабораторния синтез е показана в диаграмата по-горе. Уравнението за дехидратационната реакция е дадено по-долу." Имаме етанол и после, в присъствието на катализатор, след реакцията ще произведем етилен и вода и ще имаме необходимите показатели за реалната реакция. "Един ученик добавил 0,200 грама проба еталон" – това е етанол – "С2Н5ОН, в тестова епруветка, като използвал показаните по-горе уреди." Това е стъклена вата с етанол, етанолът е ето тук. Има катализатор в твърда форма ето тук. "Ученикът нагрял леко тестовата епруветка с горелка на Бунсен, докато целият етанол се изпарил, и производството на газ спряло." Тук виждаш нагревателя, всичкият етанол се изпарява, производството на газ спира. "Когато реакцията спряла, обемът на събрания газ бил 0,0854 литра под 0,822 атмосфери и 305 келвина. Налягането на водата при 305 келвина е 37,5 тора." Имаш етанол, в присъствието на катализатор той ще извърши реакция, това е реакция на дехидратация и ще произведеш етилен и вода, охлаждаш ги и етиленът остава на върха, той ще е в газообразна форма. Водата ще е водна пара, но, разбира се, след като я охладиш, тогава ще имаш течност, ще имаме също и вода в течна форма. Нека опитаме да отговорим на въпросите им. "Изчисли броя молове етен" – първо – "които са реално произведени в експеримента и измерени в епруветката за събиране на газ." И две – "които ще бъдат произведени, ако дехидратационната реакция беше завършила." Част b – "изчисли процента получен етен в експеримента." Нека работим по част 1. Нека се справим първо с част 1. Някак трябва да открием реалните молове, произведени в експеримента и измерени в епруветката за събиране на газ. Какво ни казват тук? Казват ни: "докато етанолът се е изпарил и производството на газ спряло." Когато реакцията е спряла, обемът на газ – това е обемът газ, тук е нашият етилен – обемът на газа бил 0,0854 литра. Ще подчертаем това. Под 0,822 атмосфери, това е общото налягане. Температурата е 305 келвина, като ни дават налягането на парата на водата, 35,7 – при 305 келвина е 35,7 тора. Налягането на парата на водата – можеш да гледаш на това като на частично налягане на водата. Това ни е полезно, защото частичното налягане на водата плюс частичното налягане на етена ще ни даде общото налягане тук. И можем да използваме тази информация, за да намерим частичното налягане на етена. Частичното налягане на етена (етилен). И ако знаем частичното налягане на етена, тогава можем да използваме правилото за идеалния газ, за да намерим колко мола етен всъщност има тук. Как можем да направим това? Просто да си припомним правилото за идеалния газ. Имаме налягане и ако говорим за едно нещо в частност, тук ще говорим за частичното налягане на етилена, по обема – дават ни обема ето тук – е равно на броя молове по константата на газа по температурата. Имаме налягането, имаме – или, ще можем да го открием – имаме обема, имаме константата на газа. Не трябва да запаметяваш тези неща. Ето тук копирах и поставих това, което ти дават отпред на самия изпит за напреднали, така че да не трябва да запаметяваш тези константи и подобни неща. Имаме константата на газа и после е в различни мерни единици, в зависимост от това коя искаме да използваме. После, разбира се, ни дават температурата. Тя е 305 келвина. Ако искаме да намерим броя молове, можеш да разделиш двете страни на RT. Можеш да кажеш, че n = R, извинявай, n равно на, ако разделим двете страни на RT, тогава ще получим PV и частичното налягане на етена по обема върху R*Т. Нека намерим всичко тук. Какво ще е частичното налягане на етена (етилена)? Частичното налягане на етилена ще е равно на общото налягане минус частичното налягане, или налягането на парата, на водата, частичното налягане на водата. Това ще е равно на – общото ни налягане е 0,822 атмосфери, 0,822 атмосфери. Какво е частичното налягане на водата? Казват ни, че налягането на парата на водата при 305 келвина е 35,7 тора. Дали са ни общото налягане в атмосфери, така че трябва да го преобразуваме от тор в атмосфери, ако искаме да останем в атмосфери. Ще го направя ето тук. Частичното налягане на водата е равно на 35,7 тора, което е мерна единица за налягане. Но ако искаме да го преобразуваме в атмосфери, отново, не трябва да запаметяваш тези неща. Те ще ти ги дадат на теста. Казват ни, че една атмосфера е 760 тора. Искаме да се отървем от тора. Искаме да се отървем от това "тора" и искаме да го получим в атмосфери. Една атмосфера е 760 тора, така че това ще е равно на 35,7 делено на 760. Това е общото налягане минус частичното налягане на водата. Да видим, частичното налягане на водата, нека го открия. Това ще е 35,7 тора по една атмосфера за всеки 760 тора, така че просто ще разделя на 760. Това, делено на 760, е равно на – и тук имам три значими цифри. 0,0470. 0,0470. Това ще е 0,0470 атмосфери. Нека запиша това. Общото налягане минус частичното налягане на водата – 0,0470 атмосфери, ще е равно на... Нека извадя... Мога да направя това отрицателно, а после да го събера към общото налягане, тоест плюс 0,822. И това ще е равно на... Частичното налягане на нашия етилен – три значими цифри – ще е 0,775. 0,775. И можем да заместим това. Знаем всичко, което ни трябва, за да открием броя молове. N ще е равно на 0,0775. Мерните единици тук са атмосфери. Винаги можем да проверим, за да се уверим, че сме получили това вярно. По обема. Обема ни го казват. Той е 0,0854 литра. 0,0854 литра. И после делим това на RT. Кой вариант на R използваме? Работим с атмосфери, молове и келвини, така че можем да използваме това ето тук. Ако всичко беше преобразувано в тора, тогава щяхме да използваме тази константа. Нашето R ще е 0,08206. Дават ни повече значими цифри. Не боли да ги използваме, но по-късно трябва да осъзнаем, че ще преобразуваме до само три значими цифри, понеже това е минимумът, това имаме. Тези са три, а тези са повече от три значими – това са четири значими цифри. Но нека се уверим, че мерните единици излизат правилно. Това ще е – Мерните единици тук са литри по атмосфери, а тези ще се изключат с тези. Делено на, трябва да помним, че това е в знаменателя, делено на молове по келвини. И умножаваме това по температурата, която е 305 келвина. И можем да видим, че тези атмосфери ще се съкратят с тези атмосфери. Тези литри ще се съкратят с тези литри. Тези келвини ще се съкратят с тези келвини. И в знаменателя делиш на молове, така че това ще е същото нещо като просто да имаме молове за мерни единици. Всичко това ще е равно на – заслужаваме малко аплодисменти. Това е равно на – 0,775 атмосфери по 0,0854 литра делено на 0,08206. Това ни дава ето това и после ще разделим на 305. Все още имаме това в знаменателя, делено на 305, това е равно на – и ако имаме три значими цифри, това е 0,00264. Това е приблизително 0,00264 мола. Правилно ли го написах? Паметта ми е слаба. 0,00264, да. Закръглих до 264 мола. И готово, това е част едно. Броят молове етилен, които реално биват произведени в експеримента и измерени в епруветката за събиране на газ.