Дано: V(CO2)=448 м3
Найти: m(C6H12O6)-?, V(O2)-?, n(H2O)-?
Решение
1-й способ
1. Вычисляем количество вещества углекислого газа объёмом 448 м3 по формуле: n=V/VM, где VM ― молярный объём.
n(CO2)=V(CO2)/VM=448 м3 : 22,4 м3/кмоль=20 кмоль
2. Составим химическое уравнение:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2↑
По уравнению реакции n(CO2):n(H2O):n(C6H12O6):n(O2)=6:6:1:6, то есть с 6 кмоль углекислого газа и 6 кмоль воды образуется 1 кмоль глюкозы и 6 кмоль кислорода, следовательно, количество вещества воды и кислорода одинаковое, а количество вещества глюкозы в 6 раз меньше количества вещества углекислого газа, поэтому:
n(H2O)=n(O2)=n(CO2)=20 кмоль
n(С6H12O6)=n(CO2):6=20 кмоль:6=3,33 кмоль
3. Вычисляем массу глюкозы в количестве вещества 3,33 кмоль по формуле: m=n•M, где M ― молярная масса.
Mr(C6H12O6)=180, поэтому M(C6H12O6)=180 кг/кмоль
m(C6H12O6)=n(C6H12O6)•M(C6H12O6)=3,33 кмоль • 180 кг/кмоль=600 кг
4. Вычисляем объём кислорода в количестве вещества 20 кмоль по формуле: V=n•VM, где VM ― молярный объём.
V(O2)=n(O2)•VM=20 кмоль • 22,4 м3/кмоль=448 м3
2-й способ
Составим химическое уравнение:
448 м3 х кмоль у кг z м3
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2↑
134,4 м3 6 кмоль 180 кг 134,4 м3
Над формулами соединений CO2 и H2O, C6H12O6, O2 записываем заданный в условии задачи объём углекислого газа (448 м3) и неизвестные количество вещества воды, массу глюкозы и объём кислорода (х кмоль, у кг и z м3 соответственно), а под формулами соединений ― массу и объём соответствующего количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. При н.у. 1 кмоль любого газа занимает объем 22,4 м3, а 6 кмоль ― в 6 раз больший объём, то есть 134,4 м3.
Mr(C6H12O6)=180, поэтому M(C6H12O6)=180 кг/кмоль, масса 1 кмоль=180 кг
х=n(H2O)=448 м3 • 6 кмоль : 134,4 м3=20 кмоль
х=m(C6H12O6)=448 м3 • 180 кг : 134,4 м3=600 кг
z=V(O2)=448 м3 • 134,4 м3 : 134,4 м3=448 м3
Ответ: в процессе фотосинтеза с 448 м3 углекислого газа образуется 600 кг глюкозы и 448 м3 кислорода, а также потребуется 20 кмоль воды.