5. Натуральный газ, который используется в качестве топлива, состоит из метана (СН4) и этилена (C2H6). (а) Сколько

Описание: Чтобы решить эту задачу, нам нужно применить закон объемных соотношений газов и мольные соотношения. Давайте рассмотрим каждую часть задачи по отдельности.

(a) Расчет массы метана:

1. Начнем с записи уравнения реакции сгорания метана:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

2. Зная, что для сгорания метана требуется 2 молекулы кислорода, мы можем рассчитать количество молекул кислорода, которое понадобится для сгорания 11,2 литров кислорода при нормальных условиях (н.у.).

3. По закону Ома-Генри, 1 моль газа при н.у. занимает 22,4 литров объема.

4. Разделим объем кислорода на объем одной молекулы кислорода при н.у., чтобы получить количество молекул кислорода:
(11,2 л / 22,4 л/моль) = 0,5 моль О2

5. Зная, что для сгорания метана требуется 2 молекулы кислорода на 1 молекулу метана, мы можем рассчитать количество молекул метана:
0,5 моль О2 * (1 моль CH4 / 2 моль О2) = 0,25 моль CH4

6. Чтобы перейти от количества молекул к массе метана, мы используем молярную массу метана (16 г/моль):
0,25 моль CH4 * 16 г/моль = 4 г метана


(b) Расчет объема воздуха:

1. Начнем с записи уравнения реакции сгорания этилена:
C2H6 + 3,5O2 → 2CO2 + 3H2O

2. Нам дан объем этилена, поэтому нам нужно узнать количество молекул этилена, используя закон Ома-Генри и объемную долю этилена в воздухе.

3. Поделим объем этилена на объем одной молекулы этилена при н.у., чтобы получить количество молекул этилена:
320 л / 22,4 л/моль = 14,29 моль C2H6

4. Используя объемные соотношения газов, мы знаем, что для сгорания 1 моль этилена требуется 3,5 моль кислорода. Таким образом, нам понадобится 14,29 * 3,5 = 50 моль кислорода.

5. Для перехода от молей кислорода к объему воздуха, в котором содержится этот объем кислорода, мы используем свойство 1 моль газа = 22,4 л:
50 моль О2 * (22,4 л/моль) = 1120 литров воздуха


Пример:
Задача: Натуральный газ, который используется в качестве топлива, состоит из метана (СН4) и этилена (C2H6). (а) Сколько массы метана требуется для полного сгорания, если для этого понадобилось 11,2 литров (н.у.) кислорода? (b) С использованием закона объемных соотношений газов, какой объем воздуха необходим для сгорания 320 литров этилена, при условии объемной доли кислорода в воздухе?

Ответ:
(a) Для полного сгорания требуется 4 г метана.
(b) Для сгорания 320 литров этилена требуется 1120 литров воздуха при условии объемной доли кислорода.

Совет: При решении задач по газам, важно использовать законы объемных соотношений и молярные соотношения. Кроме того, помните, что объемы газов под н.у. равны 22,4 литра. Обращайте внимание на стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций, чтобы правильно определить соотношение между различными газами.


Задача на проверку: Если для сгорания 2 литров метана требуется 16 литров кислорода, сколько массы этилена требуется для полного сгорания, если для этого понадобится 2000 литров (н.у.) кислорода?