Какова объемная доля фосфина в исходной смеси, если объем азота и фосфина составляет 11,2 л, а объем кислорода

Тарантул

15

Для решения данной задачи мы можем использовать закон пропорций Гей-Люссака, также известный как закон дополнительных объемов. Согласно этому закону, при реакции газов объем каждого газа, участвующего в реакции, и итоговой газовой смеси можно выразить соотношениями между их объемами и коэффициентами в уравнении реакции.

В данном случае у нас есть два газа - азот (N₂) и фосфин (PH₃). Мы знаем, что объем азота и фосфина в исходной смеси составляет 11,2 л, а объем кислорода составляет 22,4 л. При реакции вся фосфина реагирует и объем газовой смеси становится 16,8 л при тех же условиях.

Мы можем представить уравнение реакции следующим образом:

\(N₂ + PH₃ → \textrm{реакция} \)

Используя закон пропорций Гей-Люссака, можем записать следующую пропорцию:

\(\frac{V_1}{n_1} = \frac{V_2}{n_2} = \frac{V}{n} \)

где \(V_1\) и \(n_1\) - объем и моль фосфина до реакции, \(V_2\) и \(n_2\) - объем и моль фосфина после реакции, \(V\) и \(n\) - объем и моль газовой смеси после реакции.

Мы знаем, что объем фосфина (V₁) и азота (V₂) до реакции составляет 11,2 л, а объем газовой смеси после реакции (V) составляет 16,8 л. Также, поскольку вся фосфина реагирует, мы можем предположить, что молярное соотношение фосфина (n₁) и азота (n₂) в исходной смеси также является 1:1.

Теперь мы можем решить эту пропорцию и выразить объемную долю фосфина в исходной смеси:

\(\frac{V₁}{n₁} = \frac{V₂}{n₂} = \frac{V}{n} \)

\(\frac{11,2 \, \textrm{л}}{n₁} = \frac{16,8 \, \textrm{л}}{n₁} \)

Поскольку соотношение между объемами фосфина (V₁) и азота (V₂) равно 1:1 и исходная смесь состоит только из азота и фосфина, общий объем фосфина и азота соответствует объему газовой смеси после реакции (V). Таким образом:

\(11,2 \, \textrm{л} + 11,2 \, \textrm{л} = 16,8 \, \textrm{л} \)

Теперь выразим объемную долю фосфина в исходной смеси:

\(\frac{V₁}{V} \times 100 \)

\(= \frac{11,2 \, \textrm{л}}{16,8 \, \textrm{л}} \times 100 \)

\(= \frac{2}{3} \times 100 \)

\(= \frac{200}{3} \)

\(≈ 66,7\)%.

Таким образом, объемная доля фосфина в исходной смеси составляет около 66,7%.