Вопрос школьника
Смешали 1,12л метана и 1,12л кислорода. Смесь подожгли. Какой объём (н.у) углекислого газа образуется в результате реакции?
Ответ от учителя
При сгорании метана с кислородом образуется углекислый газ и вода:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Согласно уравнению реакции, на каждый мол метана необходимо 2 моля кислорода. Таким образом, в данном случае мы имеем 1,12 л метана и 2,24 л кислорода.
Для расчета объема углекислого газа, который образуется в результате реакции, необходимо знать, сколько молей метана и кислорода было использовано. Объем газа можно вычислить по уравнению состояния идеального газа:
V = nRT/P
где V — объем газа, n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа в Кельвинах, P — давление газа.
Для начала найдем количество молей метана и кислорода:
n(CH4) = V(CH4) / Vm(CH4) = 1,12 л / 0,0224 л/моль = 50 моль
n(O2) = V(O2) / Vm(O2) = 2,24 л / 0,0224 л/моль = 100 моль
Так как метан и кислород реагируют в соотношении 1:2, то кислорода должно быть в два раза больше, чем метана. В данном случае это выполняется, поэтому кислорода хватит для полного сгорания метана.
Теперь найдем количество молей углекислого газа, которое образуется в результате реакции. Согласно уравнению реакции, на каждый мол метана образуется один мол углекислого газа. Таким образом, количество молей углекислого газа будет равно количеству молей метана:
n(CO2) = n(CH4) = 50 моль
Наконец, найдем объем углекислого газа при нормальных условиях (н.у.), то есть при температуре 0 °C и давлении 101,325 кПа:
V(CO2) = n(CO2) * RT/P = 50 моль * 8,31 Дж/(моль*К) * 273 К / 101,325 кПа = 1,19 л
Таким образом, при сгорании 1,12 л метана и 1,12 л кислорода образуется 1,19 л углекислого газа при нормальных условиях.
