Условие задачи

Хватит ли порции кислорода объемом 2 л для: а) полного сгорания сероводорода объемом 2 л; б) неполного сгорания (до S) сероводорода объемом 3 л? Ответ подтвердите расчетом (объемы всех газов измерены в одинаковых условиях).

Решение

Нам дана задача по химии, связанная с расчётом стехиометрических соотношений в реакциях горения (окисления) газов. В условии рассматриваются две реакции с участием сероводорода H₂S при разных условиях окисления, причем все объёмы газов измерены в одинаковых условиях (при прочём равенстве объёмов пропорционально числу молей).

Мы рассмотрим две ситуации:

─────────────────────────────
1. Полное сгорание (окисление) H₂S
─────────────────────────────

При полном сгорании H₂S атом серы переходит в диоксид серы SO₂, а водород – в воду H₂O (при достаточно высоких температурах вода остаётся в газообразном состоянии). Для несжижённой фазы реакция выглядит так:

H₂S + (3/2)O₂ → SO₂ + H₂O

Проверим балансировку:
• Левее: H – 2, S – 1, O – 3 (поскольку (3/2)O₂ даёт 3 атома кислорода).
• Правее: SO₂ – S – 1, O – 2; H₂O – H – 2, O – 1; суммарно O – 3.
Баланс выполнен.

Из уравнения видим, что на 1 объём H₂S требуется 1,5 объёма O₂. Тогда для 2 л H₂S необходимо:

O₂, нужный = 2 л × 1,5 = 3 л.

Нам дана порция кислорода объёмом 2 л. Таким образом, для полного сгорания 2 л H₂S кислорода не хватит (требуется 3 л).

─────────────────────────────
2. Неполное сгорание (окисление до S) H₂S
─────────────────────────────

При неполном окислении сероводорода продуктом является элементарная сера S, а водород снова превращается в воду. Возможное уравнение реакции имеет вид:

2 H₂S + O₂ → 2 S + 2 H₂O

Проверка балансировки:
• Левее: H – 4, S – 2, O – 2.
• Правее: 2 S – S – 2, 2 H₂O – H – 4, O – 2.
Баланс выполнен.

Из этого уравнения видно, что для 2 объёмов H₂S требуется 1 объём O₂, то есть на 1 л H₂S приходится 0,5 л O₂.

Тогда для 3 л H₂S необходимо:

O₂, нужный = 3 л × 0,5 = 1,5 л.

В данном случае для неполного сгорания 3 л H₂S требуется всего 1,5 л O₂, а кислорода имеется 2 л, что значит кислорода достаточно.

─────────────────────────────
Ответ:
а) Для полного сгорания 2 л H₂S требуется 3 л O₂, следовательно, 2 л кислорода недостаточно.
б) Для неполного сгорания 3 л H₂S требуется 1,5 л O₂, следовательно, 2 л кислорода достаточно.

Таким образом, расчётом на основе стехиометрии реакций подтверждено, что кислорода для (а) не хватает, а для (б) его достаточно.