Какой объем углекислого газа получится при сжигании 3,2 г метана в 9,6л кислорода (н.у.).

Для ответа на этот вопрос нам необходимо использовать уравнение реакции сжигания метана:

CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O

Из уравнения видно, что при сжигании одной молекулы метана (CH4) образуется одна молекула углекислого газа (CO2) и две молекулы воды (H2O).

Сначала найдем количество молей метана и кислорода:

Молярная масса CH4 = 12 (C) + 4 (H) = 16 г/моль Молярная масса O2 = 16 (O) * 2 = 32 г/моль

Моль метана = масса / молярная масса = 3,2 г / 16 г/моль = 0,2 моль метана Моль кислорода = объем (н.у.) / 22,4 л/моль = 9,6 л / 22,4 л/моль = 0,43 моль кислорода

Теперь выясним, сколько молекул углекислого газа образуется при данной реакции:

Моль углекислого газа = 0,2 моль метана * (1 моль CO2 / 1 моль CH4) = 0,2 моль CO2

Теперь переведем количество молекул углекислого газа в объем (при н.у.):

Объем углекислого газа = моль углекислого газа 22,4 л/моль = 0,2 моль 22,4 л/моль = 4,48 л

Таким образом, при сжигании 3,2 г метана в 9,6 л кислорода (н.у.) образуется 4,48 л углекислого газа.

По уравнению химической реакции сгорания метана:

CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O

Находим количество вещества метана:

n(CH4) = m/M = 3,2 г / 16 г/моль = 0,2 моль

Так как метан сгорает полностью, количество кислорода будет в 2 раза больше:

n(O2) = 2 n(CH4) = 2 0,2 моль = 0,4 моль

Объем кислорода при н.у. равен 22,4 л/моль, следовательно, объем кислорода равен:

V(O2) = n(O2) V(н.у.) = 0,4 моль 22,4 л/моль = 8,96 л

Таким образом, при сжигании 3,2 г метана в 9,6 л кислорода будет получено 9,6 л углекислого газа.

Для решения этой задачи необходимо использовать уравнение химической реакции сгорания метана и некоторые стехиометрические расчеты.

1. Запись химического уравнения реакции.

Метан ((\text{CH}_4)) сгорает в кислороде ((\text{O}_2)) с образованием углекислого газа ((\text{CO}_2)) и воды ((\text{H}_2\text{O})):

[ \text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} ]

1. Расчет количества вещества метана.

Молярная масса метана ((\text{CH}_4)) равна:

[ \text{M}_{\text{CH}_4} = 12{,}01 + 4 \times 1{,}01 = 16{,}05 \, \text{г/моль} ]

Количество вещества метана:

[ n_{\text{CH}_4} = \frac{3{,}2 \, \text{г}}{16{,}05 \, \text{г/моль}} \approx 0{,}199 \, \text{моль} ]

1. Расчет количества вещества кислорода.

При нормальных условиях (н.у.) 1 моль газа занимает 22,4 л. Следовательно, количество вещества кислорода:

[ n_{\text{O}_2} = \frac{9{,}6 \, \text{л}}{22{,}4 \, \text{л/моль}} \approx 0{,}429 \, \text{моль} ]

1. Определение лимитирующего реагента.

Согласно уравнению реакции, для полного сгорания 1 моль (\text{CH}_4) требуется 2 моль (\text{O}_2). Проверим, какой из реагентов является лимитирующим.

Необходимое количество кислорода для сжигания 0,199 моль метана:

[ n_{\text{O}_2, \text{необходимое}} = 0{,}199 \, \text{моль} \times 2 = 0{,}398 \, \text{моль} ]

У нас есть 0,429 моль (\text{O}_2), что больше, чем требуется, значит метан является лимитирующим реагентом.

1. Расчет объема углекислого газа.

Согласно уравнению реакции, на каждый моль метана образуется 1 моль углекислого газа. Следовательно, количество (\text{CO}_2) будет равно количеству метана:

[ n_{\text{CO}_2} = 0{,}199 \, \text{моль} ]

Объем углекислого газа при нормальных условиях:

[ V_{\text{CO}2} = n{\text{CO}_2} \times 22,4 \, \text{л/моль} = 0{,}199 \, \text{моль} \times 22,4 \, \text{л/моль} \approx 4{,}46 \, \text{л} ]

Таким образом, при сжигании 3,2 г метана в 9,6 л кислорода получится примерно 4,46 л углекислого газа.