Для решения этой задачи сначала надо разобраться, что происходит с исходными компонентами и водородом в присутствии катализатора.
Для непредельных углеводородов характерны реакции присоединения по кратной связи: Гидрирование. Непредельные углеводороды реагируют с водородом при нагревании и под давлением в присутствии металлических катализаторов (Ni, Pt, Pd и др.). Для предельных углеводородов данная реакция не характерна.
Следовательно, в реакцию с водородом вступит только ацетилен. Запишем уравнение реакции:
С2Н2 + 2Н2 →С2Н6(1)
Из уравнения реакции видно, что в реакцию вступило Х дм3 ацетилена, при этом после взаимодействия с водородом образовалось столько же этана (Х дм3). По идее, после реакции объем смеси увеличится не должен, но по условию задачи, объем полученной смеси увеличился с 60 дм3 до 62 дм3 (т.е. ** 2 дм3). Все это могло произойти в случае, если в исходную смесь водород был добавлен в избытке. После того, как весь этилен был прогидрирован до этана, оставшийся водород (этан не вступает в реакции присоединения) пошел ** образование смеси газов с увеличением объема.
Таким образом, в уравнении (1) в реакцию вступило только 16 дм3 водорода (18 – (62-60)).
Теперь вернемся к реакции (1). Согласно уравнению в реакцию вступили
1 моль ацетилена и 2 моля водорода. Т.е. реакция прошла в соотношении 1: 2. Для газов мольные доли численно равны объемным, следовательно в объемных значениях эти компоненты вступят в реакцию в таком же соотношении (1:2): 8 дм3 ацетилена и 16 дм3 водорода.
8 дм316 дм3
С2Н2 + 2Н2 →С2Н6
Теперь мы можем найти химическое количество ацетилена в исходной смеси:
n=Vc2н2/Vm=8/22,4= 0,357, где
Vm – молярный объем
Найдем объем этана в исходной смеси и его химической количество:
VС2Н6= Vсм – VC2H2 = 60 – 8 = 52 дм3
n=Vc2н6/Vm=52/22,4= 2,321
По условиям задачи, нам необходимо определить массовую долю этана в исходной смеси. Для этого посчитаем массы исходных компонентов:
m=n×M, где
М – молярная масса компонентов
mC2H2 = 0,357 x 26 = 9,282 гр.
mC2H6 = 2,321 х 30 = 69,63 гр.
Теперь определяем массовую долю этана в исходной смеси:
w%=mC2H6/(mC2H6+mC2H2 )×100%=69,63/(69,63+9,282)×100%=88,23%