Question

Рассчитайте объём водорода, который потребуется для получения 32 грамм метана по схеме реакции C+H2 = CH4​

Answer 1

Немного поясню. По уравнению мы видим (после расстановки коэффициентов), что в реакцию вступает 1 моль CH4 и 2 моля H2 => количество вещества водорода в два раза больше, чем у метана. Это уравнение «в общем виде». Найдём количество вещества метана для конкретной массы (32 грамма), поделив массу на молярную массу (молярная масса вещества = сумма молярных масс составляющих его элементов (находится по таблице Менделеева). Получили 2 моля. Как мы ранее выяснили, водорода по реакции в два раза больше, следовательно количество вещества водорода равно 4 моля. Теперь чтобы найти объём водорода, мы умножаем количество вещества на молярный объем (всегда постоянный и равен 22,4 л). Получили 89,6 л. Задача решена.

Answer 2

Для рассчета объема водорода, необходимого для получения 32 грамм метана по данной реакции, мы должны учесть стехиометрию реакции и мольные массы соответствующих веществ.

Сначала нужно записать уравнение реакции балансированной стехиометрии:

C + 2H2 → CH4

Из уравнения видно, что для образования 1 молекулы метана (CH4) необходимо 2 молекулы водорода (H2).

Теперь посчитаем мольную массу метана (CH4) и водорода (H2):

Масса молекулы CH4 = 12.01 г/моль (масса атома углерода) + 4 * 1.01 г/моль (масса атомов водорода) ≈ 16.05 г/моль

Масса молекулы H2 = 2 * 1.01 г/моль (масса атомов водорода) ≈ 2.02 г/моль

Теперь найдем количество молей метана:

Количество молей метана = Масса метана / Масса молекулы CH4 Количество молей метана = 32 г / 16.05 г/моль ≈ 1.993 моль

Так как для образования 1 молекулы метана требуется 2 молекулы водорода, нам понадобится вдвое больше молей водорода:

Количество молей водорода = 2 * Количество молей метана Количество молей водорода = 2 * 1.993 моль ≈ 3.986 моль

Теперь найдем объем водорода, используя идеальный газовый закон. Объем газа связан с количеством молей газа (n) и температурой (T) следующим образом:

V = n * R * T / P

где: V - объем газа n - количество молей газа R - универсальная газовая постоянная (приближенное значение: 0.0821 л * атм / моль * К) T - температура в Кельвинах P - давление

Предположим, что реакция происходит при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении (NTP: 25 °C или 298.15 K, 1 атм).

Теперь рассчитаем объем водорода:

V = 3.986 моль * 0.0821 л * атм / моль * К * 298.15 K / 1 атм ≈ 97.35 л

Таким образом, для получения 32 грамм метана по данной реакции потребуется приблизительно 97.35 л водорода при условиях NTP.