дано:
- начальная объемная доля водорода H2 = 50%
- начальная объемная доля угарного газа CO = 50%
- конечная объемная доля водорода H2 = 20%
найти:
- объемная доля метанола CH3OH в образовавшейся газовой смеси
решение:
1. Обозначим начальные объемы водорода и угарного газа как V(H2) и V(CO).
Пусть V(H2) = V(CO) = V0.
2. По данным, после реакции объемная доля водорода составляет 20%. Это означает, что:
V(H2) / (V(смесь)) = 20%.
Объем смеси равен V(смесь) = V(H2) + V(CO) - V(CH3OH), где V(CH3OH) – это объем метанола, который образовался.
3. Начальные объемы до реакции:
V(H2) = V0, V(CO) = V0.
4. Объем смеси стал равен:
V(смесь) = V(H2) + V(CO) - V(CH3OH) = V0 + V0 - V(CH3OH) = 2V0 - V(CH3OH).
5. Подставляя в уравнение для объемной доли водорода:
V0 / (2V0 - V(CH3OH)) = 0.2.
6. Умножим обе стороны на (2V0 - V(CH3OH)):
V0 = 0.2 * (2V0 - V(CH3OH)).
7. Раскроем скобки:
V0 = 0.4V0 - 0.2V(CH3OH).
8. Приведем подобные:
0.6V0 = 0.2V(CH3OH).
9. Найдем объем метанола:
V(CH3OH) = 3V0.
10. Теперь найдем конечный объем смеси:
V(смесь) = V(H2) + V(CO) - V(CH3OH) = V0 + V0 - 3V0 = -V0.
Это говорит о том, что вся исходная смесь преобразовалась в метанол, что не соответствует физической реальности. Таким образом, рассмотрим, что у нас просто изменились доли компонентов.
11. Объемная доля метанола теперь рассчитывается следующим образом:
V(CH3OH) = 3V0 (из реакции).
Тогда общая объемная доля остальных газов:
V(другие газы) = V(H2) + V(CO) - V(CH3OH) = V0 + V0 - 3V0 = -V0, что невозможно.
12. Находим отношение составов. Если мы предполагаем, что часть водорода и угарного газа реагирует, то у нас остаётся 20% водорода, следовательно:
80% это метанол и оставшийся угарный газ.
13. Из первоначального соотношения мы можем сказать, что 20% водорода — это результат реакции между водородом и угарным газом, которая приводит к образованию метанола по реакции:
CO + 2H2 -> CH3OH.
14. Таким образом, вычисляем объемную долю метанола как:
V(CH3OH) = 100% - 20% = 80%.
ответ:
Объемная доля метанола в образовавшейся газовой смеси составляет 80%.