Вопрос школьника
При сгорании некоторого объема газообразного углеводорода получено углекислого газа в 3 раза больше (по объему) и затрачено кислорода в 4 раза больше (по объему). Все объемы измерены при одинаковых условиях
Ответ от учителя
Для ответа на данный вопрос необходимо использовать химический баланс реакции сгорания углеводорода:
CₙHₘ + (n + m/4)O₂ → nCO₂ + m/2H₂O
где CₙHₘ — углеводород, O₂ — кислород, CO₂ — углекислый газ, H₂O — вода.
Из условия задачи известно, что объем углекислого газа в 3 раза больше объема углеводорода, а объем кислорода в 4 раза больше объема углеводорода. Обозначим объем углеводорода как V, тогда объем углекислого газа будет равен 3V, а объем кислорода — 4V.
Для расчета количества веществ воспользуемся уравнением состояния идеального газа:
pV = nRT
где p — давление газа, n — количество вещества, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа.
При одинаковых условиях (температуре и давлении) объемы газов пропорциональны количеству веществ, поэтому можно записать:
n(CₙHₘ) = n(CO₂) + n(H₂O)
V(CₙHₘ) = V(CO₂) + V(H₂O)
n(O₂) = (n(CₙHₘ) + n/2(H₂O)) * 4
V(O₂) = (V(CₙHₘ) + V(H₂O)/2) * 4
Подставляя известные значения, получаем систему уравнений:
n(CₙHₘ) = n(CO₂) + n(H₂O)
V = 3V(CO₂)
4V = V(O₂)
n(O₂) = (n(CₙHₘ) + n/2(H₂O)) * 4
V = V(CₙHₘ) + V(H₂O)
Решая эту систему уравнений, получаем:
n(CₙHₘ) = 4V
n(CO₂) = 3V
n(H₂O) = V/2
n(O₂) = 16V/3
Таким образом, при сгорании углеводорода объем углекислого газа в 3 раза больше объема углеводорода, а объем кислорода в 4 раза больше объема углеводорода. При этом затрачено кислорода в 4 раза больше объема углеводорода.
