Смесь равных объемов водорода, угарного газа и метанола выдержали над катализатором при нагревании под давлением, в результате чего объемная доля метанола в смеси увеличилась до 50 %. Рассчитайте объемную долю (%) водорода в образовавшейся газовой смеси (в условиях опыта метанол — газ)
от

1 Ответ

дано:  
- начальная объемная доля водорода H2 = 33.3%  
- начальная объемная доля угарного газа CO = 33.3%  
- начальная объемная доля метанола CH3OH = 33.3%  
- конечная объемная доля метанола CH3OH = 50%

найти:  
- объемная доля водорода H2 в образовавшейся газовой смеси

решение:  
1. Пусть начальные объемы компонентов равны V0. Тогда:  
   V(H2) = V0,  
   V(CO) = V0,  
   V(CH3OH) = V0.

2. Общий объем смеси до реакции:  
   V(смесь) = V(H2) + V(CO) + V(CH3OH) = V0 + V0 + V0 = 3V0.

3. Объем метанола увеличился и стал составлять 50% от общего объема смеси после реакции. Это значит, что:  
   V(CH3OH) / V(смесь) = 50%.  

4. Из этого уравнения получаем:  
   V(CH3OH) = 0.5 * V(смесь).

5. Подставим выражение для общего объема смеси:  
   V(CH3OH) = 0.5 * (V(H2) + V(CO) + V(CH3OH) - V(продукты реакции)).  

6. Учитывая, что V(смесь) до реакции = 3V0 и V(CH3OH) после реакции = 0.5 * V(смесь), мы можем записать:  
   V(CH3OH) = 0.5 * (3V0 - V(продукты реакции)).

7. С учетом того, что во время реакции метанол может реагировать с угарным газом и водородом, чтобы восстановить его концентрацию, мы имеем:  
   V(продукты реакции) = V(H2) + V(CO) - V(CH3OH), поэтому общая сумма объемов остальных газов должна остаться постоянной.

8. Теперь подставим V(CH3OH) = 0.5 * 3V0 = 1.5V0 обратно в уравнение:  
   1.5V0 = 0.5 * (3V0 - V(продукты реакции)).

9. Теперь найдем новое количество водорода и угарного газа:
   Пусть x - объем водорода после реакции.  
   Тогда объем угарного газа будет 3V0 - 1.5V0 - x = 1.5V0 - x.

10. Затем:  
    x / (x + (1.5V0 - x) + 1.5V0) = H2 доля, где 1.5V0 - x это объем угарного газа, который остался.

11. Сложив все компоненты, мы получаем:  
    x + 1.5V0 - x + 1.5V0 = 3V0.

12. Таким образом, объемная доля водорода в смеси:  
    H2 доля = x / 3V0.

13. Учитывая, что объем метанола составляет 50%, и мы знаем, что оставшаяся часть делится между угарным газом и водородом:  
    x = 50% - 1.5 = 100% - 50% = 50%.

14. Итак, объемная доля водорода будет:  
    V(H2) = (50/50) * 100 = 50%.

ответ:  
Объемная доля водорода в образовавшейся газовой смеси составляет 50%.
от