§ 1.1. Задачи с решениями

Задача 1. Сколько молекул воды содержится в одном литре воды при нормальных условиях?

Решение. Масса одного литра воды равна m(H₂O) = 1000 мл  1 г/мл = 1000 г. Связь между массой и числом атомов или молекул удобно устанавливать через число молей, которое можно рассчитать по следующим формулам:

 = m / M,  = N / N_A,

где m — масса, M — молярная масса, N — число атомов или молекул, N_A = 6,0210²³ моль^-1 — постоянная Авогадро (число частиц в одном моле).

Пользуясь этими формулами, находим: (H₂O) = 1000 / 18 = 55,6 моль. N(H₂O) = 55,66,0210²³ = 3,3510²⁵.

Ответ. 3,3510²⁵ молекул воды.

Задача 2. Сколько атомов водорода содержится а) в 10 моль бутана, б) в 3,0 л аммиака (н.у.), в) в 2,0 г метиламина?

Решение. а) В одной молекуле бутана C₄H₁₀ содержится 10 атомов водорода, следовательно в одном моле бутана содержится 10 молей атомов водорода. Поэтому (H) = 10(C₄H₁₀) = 100 моль. N(H) = 1006,0210²³ = 6,0210²⁵.

б) В одной молекуле аммиака NH₃ содержится 3 атома водорода, следовательно (H) = 3(NH₃). Число молей аммиака в объеме 3 л можно определить по формуле:

 = V / V_m,

где V — объем вещества, V_m — молярный объем. Обратите внимание на то, что молярный объем, в отличие от молярной массы, зависит от условий: температуры и давления. Для газов при нормальных условиях V_m = 22,4 л/моль. (NH₃) = 3,0 / 22,4 = 0,134 моль. (H) = 30,134 = 0,402 моль. N(H) = 0,4026,0210²³ = 2,4210²³.

в) Решение аналогично п. б), только число молей метиламина CH₃NH₂ находим по массе: (CH₃NH₂) = m / M = 2,0 / 31 = 0,0645 моль. (H) = 5(CH₃NH₂) = 0,323 моль. N(H) = 0,3236,0210²³ = 1,9410²³.

Ответ. а) 6,0210²⁵; б) 2,4210²³; в) 1,9410²³.

Задача 3. Вычислите число атомов азота в 100 г карбоната аммония, содержащего 10% неазотистых примесей.

Решение. Масса чистого карбоната аммония равна m((NH₄)₂CO₃) = 10090% / 100% = 90 г. Число молей карбоната аммония составляет ((NH₄)₂CO₃) = m/M = 90/96 = 0,938 моль. Согласно химической формуле (NH₄)₂CO₃, в одном его моле содержится два моля N, поэтому (N) = 2((NH₄)₂CO₃) = 1,876. Число атомов азота получается умножением числа молей азота на постоянную Авогадро: N(N) = N_A = 1,8766,0210²³ = 1,1310²⁴.

Ответ. 1,1310²⁴ атомов азота.

Задача 4. Вычислите массу кислорода, содержащуюся в 15,0 г серной кислоты.

Решение. I способ (через моли). (H₂SO₄) = m/M = 15,0/98 = 0,153 моль. Согласно химической формуле H₂SO₄, в одном моле серной кислоты содержится четыре моля кислорода, поэтому (O) = 4(H₂SO₄) = 0,612. Зная число молей, легко найти массу: m(O) = 0,61216 = 9,79 г.

II способ (пропорция).

в 98 г H₂SO₄ содержится 416 = 64 г O;

в 15 г H₂SO₄ содержится x г O.

x = 1564 / 98 = 9,79 г.

Ответ. 9,79 г кислорода.

Задача 5. Рассчитайте, какова масса (в граммах) пяти молекул азота.

Решение. I способ (через число молей). Объединяя формулы

 = m / M,  = N / N_A,

можно выразить массу через число молекул:

m =   M = N  M / N_A.

Подставляя в эту формулу N = 5, M = 28 г/моль, N_A = 6,0210²³ моль^-1, находим m = 2,3310^-22 г.

II способ (пропорция). По определению молярной массы,

масса 6,0210²³ молекул N₂ равна 28 г;

масса 5 молекул N₂ равна x г.

x = 528 / 6,0210²³ = 2,3310^-22 г.

Ответ. 2,3310^-22 г.

Задача 6. Определите простейшую формулу химического соединения, если массовые доли составляющих его элементов равны: H – 2,04%, S – 32,65%, O – 65,31%.

Решение. Простейшая формула отражает относительные числа атомов в молекуле, или, что то же, мольные соотношения атомов. Поскольку простейшая формула не зависит от массы вещества, возьмем образец вещества массой 100 г и найдем отношение количеств элементов (в молях) в этом образце. Для этого следует разделить массу каждого элемента на его относительную атомную массу:

(H) : (S) : (O) = 2,04/1 : 32,65/32 : 65,31/16 = 2,04 : 1,02 : 4,08.

Наименьшее из чисел (1,02) принимаем за единицу и находим отношение:

(H) : (S) : (O) = 2 : 1 : 4.

Оно означает, что в молекуле химического соединения на 2 атома водорода приходится 1 атом серы и 4 атома кислорода, следовательно, формула искомого соединения  H₂SO₄.

Ответ. Простейшая формула соединения  H₂SO₄.

Задача 7. Массовая доля фосфора в одном из его оксидов равна 56,4%. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 7,6. Установите молекулярную формулу оксида.

Решение. I способ. Действуя так же, как и в предыдущей задаче, можно найти относительные количества элементов и определить простейшую формулу оксида:

(P) : (O) = 56,4/31 : 43,6/16 = 2 : 3.

Простейшая формула оксида — P₂O₃. Молярная масса оксида равна M(P_xO_y) = D_возд  M(возд) = 7,629 = 220 г/моль. Простейшей формуле соответствует молярная масса 231+316 = 110 г/моль. Следовательно, истинная формула оксида равна простейшей формуле, умноженной на 2, т.е. P₄O₆.

II способ. Возьмем один моль оксида, масса которого равна 7,629 = 220 г, и найдем число молей фосфора и кислорода.

m(P) = m(P_xO_y)  (P) = 220  0,564 = 124 г, (P) = 124/31 = 4 моль.

m(O) = m(P_xO_y) – m(P) = 220 – 124 = 96 г, (O) = 96/16 = 6 моль.

В одном моле оксида фосфора содержится 4 моля фосфора и 6 молей кислорода. Это означает, что формула оксида — P₄O₆.

Ответ. P₄O₆.

Задача 8. Определите формулу вещества, если известно, что оно содержит 6,25% P, 12,5% N, 56,25% H, 25,0% O (по молям). Назовите это вещество, предложите способ его получения и напишите одно уравнение реакции с его участием.

Решение. В задачах 6 и 7 были даны массовые доли элементов, которые затем перевели в мольные доли и по ним нашли простейшую формулу. В этой задаче мольные доли уже даны. Возьмем 1 моль вещества и найдем количества элементов в нем:

(P) : (N) : (H) : (O) = 0,0625:0,125:0,5625:0,25 = 1:2:9:4.

Отсюда простейшая формула — PN₂H₉O₄. Этой формуле отвечает гидрофосфат аммония (NH₄)₂HPO₄. Это вещество получают взаимодействием концентрированного раствора аммиака с точно рассчитанным количеством фосфорной кислоты:

2NH₃ + H₃PO₄ = (NH₄)₂HPO₄.

Простейшая реакция, которую можно придумать с участием этого вещества, — это обменная реакция с растворимыми солями кальция в водном растворе:

(NH₄)₂HPO₄ + CaCl₂ = CaHPO₄ + 2NH₄Cl.

Ответ. (NH₄)₂HPO₄.

Задача 9. Установите формулу кристаллогидрата сульфата железа (II), если известно, что эта соль содержит 45,32% воды по массе.

Решение. I способ. Пусть в состав молекулы кристаллогидрата входят x молекул воды. Общая формула соли FeSO₄xH₂O. Один моль этой соли имеет массу 152+18x г и содержит 18x г воды. Массовая доля воды равна

(H₂O) = 18x / (152+18x) = 0,4532,

откуда x = 7.

II способ. Массовая доля соли в кристаллогидрате равна 100% – 45,32% = 54,68%. Один моль безводной соли FeSO₄ имеет массу 152 г, что составляет 54,68% от массы одного моля кристаллогидрата. Значит, молярная масса кристаллогидрата равна:

M(FeSO₄xH₂O) = 152 / 0,5468 = 278 г/моль,

откуда находим, что x = 7.

Ответ. FeSO₄7H₂O.

Задача 10. При нормальных условиях 12 л газовой смеси, состоящей из аммиака и оксида углерода (IV), имеют массу 18 г. Сколько литров каждого из газов содержит смесь?

Решение. Стандартный способ решения расчетных задач на установление состава смеси — обозначить количества веществ через неизвестные переменные и составить для них систему уравнений.

Пусть (NH₃) = x моль, (CO₂) = y моль. Массы газов равны: m(NH₃) = x17 г, m(CO₂) = y44 г. Общее число молей газов в смеси равно 12/22,4 = 0,536 моль. Составим систему уравнений:

x + y = 0,536 (количество смеси),

x17 + y44 = 18 (масса смеси).

Решая систему, находим: x = 0,207, y = 0,329. Объемы газов равны: V(NH₃) = 0,20722,4 = 4,64 л, V(CO₂) = 0,32922,4 = 7,36 л.

Ответ. 4,64 л NH₃, 7,36 л CO₂.

Задача 11. Вычислите массовую долю хрома в смеси хромата калия и дихромата калия, в которой массовая доля калия равна 35%.

Решение. I способ. Поскольку массовые доли не зависят от количества смеси, можно взять один моль смеси. Пусть (K₂CrO₄) = x, (K₂Cr₂O₇) = 1–x, тогда масса смеси равна 194x + 294(1–x) = 294–100x. Количество калия в смеси равно (K) = 2x + 2(1–x) = 2 моль, а его масса составляет m(K) = 239 = 78 г. По определению, массовая доля калия равна:

(K) = 78 / (294–100x) = 0,35,

откуда x = 0,71. Количество хрома в смеси равно (Cr) = x + 2(1–x) = 2–x = 1,29 моль, а его масса составляет m(Cr) = 1,2952 = 67 г. Массовая доля хрома равна:

(Cr) = 67 / (294–1000,71) = 0,30.

II способ. Можно взять произвольное количество смеси и обозначить (K₂CrO₄) = x, (K₂Cr₂O₇) = y, тогда масса смеси равна 194x + 294y. Количество калия в смеси равно (K) = 2x + 2y, а его масса составляет m(K) = (2x+2y)39 = 78(x+y) г. По определению, массовая доля калия равна:

(K) = 78(x+y) / (194x + 294y) = 0,35,

откуда x = 2,46y. Количество хрома в смеси равно (Cr) = x + 2y = 4,46y, а его масса составляет m(Cr) = 4,46y52 = 232y г. Массовая доля хрома равна:

(Cr) = 232y / (1942,46y + 294y) = 0,30.

Количество дихромата (y) в дроби сокращается, и мы еще раз убеждаемся, что доля не зависит от общего количества.

Ответ. (Cr) = 0,30.

Задача 12. Массовая доля цинка в его сплаве с железом равна 85%. Какой объем водорода (н.у.) выделится при взаимодействии 14 г такого сплава с избытком соляной кислоты?

Решение. Оба компонента сплава реагируют с соляной кислотой:

0,183 0,183

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂,

0,0375 0,0375

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂.

Расчеты по химическим уравнениям удобнее всего вести через количества веществ (моли). Согласно основному закону химической стехиометрии, количества веществ, вступивших в реакцию, пропорциональны коэффициентам в уравнении реакции, т.е. отношение молей двух веществ, равно отношению коэффициентов.

Количество водорода, выделившееся в первой реакции, равно количеству цинка: ₁(H₂) = (Zn) = m(Zn) / M(Zn) = 140,85 / 65 = 0,183 моль (количества веществ удобно изображать над формулами в уравнении реакции). Аналогично, количество водорода, выделившееся во второй реакции, равно количеству железа: ₂(H₂) = (Fe) = m(Fe) / M(Fe) = 140,15 / 56 = 0,0375 моль. Общее количество водорода равно: (H₂) = ₁(H₂) + ₂(H₂) = 0,221 моль. Объем водорода равен: V(H₂) = V_m = 0,22122,4 = 4,95 л.

Ответ. 4,95 л H₂.

Задача 13. Сколько граммов воды образуется при реакции 5,0 г водорода с 50,0 г кислорода?

Решение. Запишем уравнение реакции:

2H₂ + O₂ = 2H₂O.

В случае, если количества веществ не соответствуют уравнению реакции, расчет необходимо проводить по тому веществу, которое находится в недостатке, т.е., первым заканчивается в результате реакции. При определении избытка-недостатка необходимо учитывать коэффициенты в уравнении реакции.

Найдем количества исходных веществ: (H₂) = 5,0 / 2 = 2,5 моль, (O₂) = 50,0 / 32 = 1,56 моль. Хотя количество водорода больше, чем кислорода, тем не менее водород находится в относительном недостатке, т.к. для реакции с 1,56 моль кислорода необходимо 1,562 = 3,12 моль водорода, а у нас есть всего лишь 2,5 моль. Таким образом, расчет количества воды в данном случае надо вести по водороду: (H₂O) = (H₂) = 2,5 моль. m(H₂O) = 2,518 = 45,0 г.

Ответ. 45,0 г H₂O.

Задача 14. При взаимодействии 10 г некоторого металла с раствором кислоты выделилось 4 л водорода (н.у.). Определите этот металл.

Решение. Обозначим валентность металла в образующейся соли через k. Поскольку формула кислоты неизвестна, мы можем записать лишь сокращенное ионное уравнение:

Me + kH⁺ = Me^k+ + k/2 H₂.

Согласно уравнению, (Me) = 2/k  (H₂) = 2/k  (4/22,4) = 0,357/k моль. Отсюда атомная масса металла равна A(Me) = 10/(0,357/k) = 28k г/моль. Теперь надо перебрать значения k от 1 до 4 (металлы с валентностью больше 4 не образуют катионов в растворе) и посмотреть, существуют ли металлы с данной молярной массой и данной валентностью.

k = 1, A = 28. Элемент — кремний, неметалл. Не подходит.

k = 2, A = 56. Элемент — железо, валентность 2. Подходит.

k = 3, A = 84. Элемент — криптон, неметалл. Не подходит.

k = 4, A=112. Элемент — кадмий. Кадмий не бывает четырехвалентным. Не подходит.

Ответ. Железо.

Задача 15. Гидрокарбонат натрия и карбонат калия смешали в молярном соотношении 1:1. Какой объем газа (н.у.) выделится при действии на 15 г такой смеси избытка раствора азотной кислоты?

Решение. Если оба вещества в смеси вступают в химические реакции, то уравнения этих реакций записывают раздельно, т.к. эти реакции независимы друг от друга.

x x

NaHCO₃ + HNO₃ = NaNO₃ + CO₂ + H₂O,

x x

K₂CO₃ + 2HNO₃ = 2KNO₃ + CO₂ + H₂O.

Пусть в исходной смеси содержалось по x молей NaHCO₃ и K₂CO₃. Значение x можно найти по массе смеси: m(смеси) = 15 г = m(NaHCO₃) + m(K₂CO₃) = 84x + 138x = 222x, откуда x = 0,0676 моль.

Согласно уравнениям реакции, (CO₂) = x + x = 20,0676 = 0,135 моль. V(CO₂) =   V_m = 0,135  22,4 = 3,03 л.

Ответ. 3,03 л CO₂.

Задача 16. При дегидрировании пентана объемом 30 л выделилось 90 л водорода. Установите молекулярную формулу образовавшегося продукта. Объемы газов измерены при 150 ^oC и 101 кПа.

Решение. Пусть при дегидрировании одного моля пентана выделилось x моль H₂, тогда уравнение реакции можно записать следующим образом:

30 л 90 л

C₅H₁₂ = xH₂ + C₅H_12-2x.

Согласно этому уравнению, x = (H₂) / (C₅H₁₂). Число молей можно рассчитать по уравнению Клапейрона-Менделеева. Проще, однако, воспользоваться законом Авогадро, согласно которому отношение количеств газов, находящихся при одинаковых условиях, равно отношению их объемов:

x = (H₂) / (C₅H₁₂) = V(H₂) / V(C₅H₁₂) = 90 / 30 = 3.

Таким образом, формула продукта дегидрирования — C₅H₆.

На примере этой задачи мы видим, что при расчетах газовых реакций нет необходимости определять число молей веществ, а достаточно пользоваться их объемами. Из закона Авогадро и основного закона стехиометрии вытекает следующее следствие: отношение объемов газов, вступающих в реакцию, равно отношению коэффициентов в уравнении реакции. Это утверждение называется законом объемных отношений Гей-Люссака.

Ответ. C₅H₆.

Задача 17. Плотность некоторого газа по ацетилену равна 2,23. Чему равна плотность этого газа по водороду?

Решение. Плотность одного газа по другому, или относительная плотность газа, — это безразмерная величина, равная отношению плотностей двух газов. Из уравнения Клапейрона-Менделеева следует, что отношение плотностей газов равно отношению молярных масс:

D_A(B) = (B) / (A) = M(B) / M(A).

Если плотность некоторого газа по ацетилену равна 2,23, то его молярная масса равна: M(X) = D_C2H2(X)  M(C₂H₂) = 2,2326 = 58 г/моль. Плотность этого газа по водороду равна отношению молярных масс: D_H2(X) = M(X) / M(H₂) = 58 / 2 = 29.

Ответ. 29.

Задача 18. При каком молярном соотношении оксида серы (IV) и аргона получается смесь, которая в два раза тяжелее воздуха?

Решение. Средняя молярная масса смеси в два раза больше средней молярной массы воздуха: M_ср(SO₂, Ar) = 229 = 58 г/моль. Пусть в смеси содержится x моль SO₂ и y моль Ar. Тогда, пользуясь определением средней молярной массы, можно записать соотношение

M_ср = (64x+40y) / (x+y) = 58,

откуда x = 3y.

Мы видим, что средняя молярная масса газовой смеси зависит от относительного, а не абсолютного количества компонентов смеси, т.е. не от x и y по отдельности, а только от их отношения.

Ответ. (SO₂) : (Ar) = 3:1.

Задача 19. Плотность смеси кислорода и озона по водороду равна 17. Определите массовую, объемную и мольную доли кислорода в смеси.

Решение. Средняя молярная масса смеси равна 172 = 34 г/моль. Пусть в смеси содержится x моль O₂ и y моль O₃. Тогда, пользуясь определением средней молярной массы, можно записать соотношение

M_ср = (32x+48y) / (x+y) = 34 г/моль,

откуда x=7y. Мольная доля кислорода в смеси равна x/(x+y) = 0,875, или 87,5%.

По закону Авогадро, объем газа прямо пропорционален его количеству, причем коэффициент пропорциональности одинаков для всех газов и зависит только от температуры и давления, поэтому объемная доля газа в смеси всегда равна его мольной доле.

Найдем теперь массовую долю кислорода. m(O₂) = 32x = 327y = 224y, m(O₃) = 48y, m(смеси) = 224y + 48y = 272y. Массовая доля кислорода равна: (O₂) = 224y / 272y = 0,824, или 82,4%.

Мы видим, что мольная, объемная и массовая доли вещества в смеси не зависят от общего количества смеси (т.е., от x+y). Поэтому для расчетов часто выбирают любое удобное количество смеси, например 1 моль, или 100 л, или 100 г и т.д.

Ответ. Мольная и объемная доли O₂  87,5%, массовая доля O₂  82,4%.

Задача 20. Найдите плотность по азоту воздуха, имеющего следующий объемный состав: 20,0% O₂, 79,0% N₂, 1,0% Ar.

Решение. Поскольку объемы газов пропорциональны их количествам (закон Авогадро), то среднюю молярную массу смеси можно выражать не только через моли, но и через объемы:

M_ср = (M₁V₁+M₂V₂+M₃V₃) / (V₁+V₂+V₃).

Возьмем 100 л смеси, тогда V(O₂) = 20 л, V(N₂) = 79 л, V(Ar) = 1 л. Подставляя эти значения в формулу, получим: M_ср = (3220+2879+401) / (20+79+1) = 28,9 г/моль. Плотность по азоту получается делением средней молярной массы на молярную массу азота: D_N2 = 28,9/28 = 1,03.

Ответ. D_N2(возд) = 1,03.

Задача 21. Имеется смесь азота и углекислого газа. При добавлении какого газа к этой смеси ее плотность: а) увеличится; б) уменьшится? Приведите по два примера в каждом случае.

Решение. В данном случае мы не можем точно рассчитать среднюю молярную массу, поскольку мы не знаем относительные количества веществ. Однако, существует простая математическая теорема, согласно которой при любом содержании компонентов средняя молярная масса всегда больше наименьшей молярной массы из всех компонентов смеси и меньше наибольшей молярной массы:

M_min < M_ср < M_max

В применении к данной задаче это означает, что

28 < M_ср < 44.

Для того, чтобы плотность смеси увеличилась, надо добавить газ с молярной массой, большей, чем M_ср. Для этого достаточно, чтобы M > 44 г/моль, например, C₄H₁₀ (M=58) и Kr (M=84).

Аналогично, для того, чтобы плотность смеси уменьшилась, надо добавить газ с молярной массой, меньшей, чем M_ср. Для этого достаточно, чтобы M < 28 г/моль, например, CH₄ (M=16) и He (M=4).

Ответ. а) C₄H₁₀, Kr; б) CH₄, He.

Задача 22. Какой из галогеноводородов находится в смеси с азотом, если известно, что при нормальном атмосферном давлении и температуре 70 ^oC плотность смеси равна 0,8859 г/л?

Решение. По плотности смеси можно найти среднюю молярную массу:

M_ср = RT / P = 0,88598,31343 / 101,3 = 24,9 г/моль.

Один из двух газов имеет молярную массу большую, чем M_ср, – это азот; следовательно, второй газ должен иметь молярную массу меньше, чем M_ср:

M(HHal) < 24,9 г/моль.

Этому условию удовлетворяет только фтороводород: M(HF) = 20 г/моль.

Ответ. HF.

Задача 23. Какой объем воздуха расходуется для полного сжигания смеси циклопропана и пропена объемом 6 л? Объемы газов измерены при одинаковых условиях.

Решение. Циклопропан и пропен  изомеры (общая формула C₃H₆), поэтому количество кислорода, необходимого для полного сжигания смеси, определяется только общим количеством углеводородов и не зависит от индивидуального содержания каждого из них в смеси. Общее уравнение реакций сгорания:

2C₃H₆ + 9O₂ = 6CO₂ + 6H₂O.

Согласно уравнению, количество O₂ в 9/2 раз превосходит количество C₃H₆, поэтому по закону Авогадро для сжигания 6 л C₃H₆ требуется в 4,5 раза больше O₂, т.е. 27 л. Поскольку объемная доля O₂ в воздухе равна 20%, то необходимый объем воздуха равен 27/0,2 = 135 л.

Ответ. 135 л воздуха.

Задача 24. К 30 л смеси, состоящей из аргона и этиламина, добавили 20 л бромоводорода, после чего плотность газовой смеси по воздуху стала равна 1,814. Вычислите объемные доли газов в исходной смеси.

Решение. Пусть в исходной смеси содержалось x л Ar и y л C₂H₅NH₂, тогда x + y = 30. При добавлении бромоводорода происходит его реакция с этиламином, и образуется твердое вещество — бромид этиламмония, [C₂H₅NH₃]Br.

C₂H₅NH₂ + HBr = [C₂H₅NH₃]Br.

Средняя молярная масса оставшейся газовой смеси равна 1,81429 = 52,6 г/моль. Это означает, что в газовой смеси находятся Ar и HBr (если бы в смеси остались Ar и C₂H₅NH₂, то 40 < M_ср < 45). V(Ar) = x, V(HBr) = 20 – y.

M_ср = (40x + 81(20–y)) / (x+20– y) = 52,6.

V = x + y = 30.

Решая систему, находим: x = 18, y = 12. Объемные доли равны:

(Ar) = 18/30100% = 60%.

(C₂H₅NH₂) = 12/30100% = 40%.

Ответ. 60% Ar, 40% C₂H₅NH₂.

Задача 25. Смесь бутена-2 и водорода (плотность по водороду 6,4) пропустили над платиновым катализатором, при этом реакция прошла с выходом 60%. Чему равна плотность по водороду полученной газовой смеси?

Решение. Найдем сначала количественный состав исходной смеси. Пусть в ней содержалось x моль C₄H₈ и (1–x) моль H₂. Средняя молярная масса этой смеси равна

M_ср = 56x + 2(1–x) = 6,42 = 12,8 г/моль,

откуда x = 0,2. В исходной смеси было 0,2 моль бутена-2 и 0,8 моль водорода. В реакции гидрирования

0,12 0,12 0,12

C₄H₈ + H₂ <=> C₄H₁₀

бутен-2 находится в недостатке, поэтому расчет ведем по нему. Выход реакции равен 60%; это означает, что в реакцию вступило 0,20,6 = 0,12 моль бутена-2, 0,12 моль водорода, и образовалось 0,12 моль бутана.

В конечной смеси содержатся:

(C₄H₈) = 0,2 – 0,12 = 0,08 моль;

(H₂) = 0,8 – 0,12 = 0,68 моль;

(C₄H₁₀) = 0,12 моль.

M_ср = (0,0856+0,682+0,1258) / (0,08+0,68+0,12) = 14,5 г/моль.

Плотность конечной смеси по водороду равна 14,5 / 2 = 7,25.

Ответ. 7,25.