Воздух какого объёма (н. у.) необходим для полного сжигания смеси объёмом (н. у.) 500 см3, содержащей метан и водород, в которой массовая доля водорода равна 30,0 %? Считайте, что в 100 дм3 воздуха содержится 20 дм3 кислорода.
от

1 Ответ

Дано:
- Объем смеси: 500 см3 = 0,5 дм3.
- Массовая доля водорода в смеси: 30,0 %.

Найти:
Объем воздуха (н. у.), необходимый для полного сжигания данной смеси.

Решение:

1. Определим массовые доли компонентов смеси. Если 30% массе – это водород, то оставшиеся 70% составляют метан.

2. Обозначим массу смеси как m. Тогда масса водорода:
   m(H2) = 0,30 * m,
   а масса метана:
   m(CH4) = 0,70 * m.

3. Найдем объемы водорода и метана в смеси. Используем их молярные массы:
   - Молярная масса водорода (H2) = 2 г/моль.
   - Молярная масса метана (CH4) = 16 г/моль.

   Объем газа при нормальных условиях можно найти по формуле:
   V = n * Vm,
   где n — количество вещества, Vm = 22,4 л/моль = 22,4 дм3/моль.

4. Выразим массу смеси через объём:
   Объем смеси = 0,5 дм3.
   Плотность воздуха приблизительно равна 1,225 кг/м3, но здесь мы можем использовать только объемы.

5. Перейдём к расчёту количества каждого газа:
   Примем массу смеси равной 100 г (для удобства):
   - Масса водорода: 0,30 * 100 г = 30 г.
   - Масса метана: 0,70 * 100 г = 70 г.

6. Теперь найдем количество вещества для каждого газа:
   - Количество водорода: n(H2) = 30 г / 2 г/моль = 15 моль.
   - Количество метана: n(CH4) = 70 г / 16 г/моль ≈ 4,375 моль.

7. Уравнения реакций для сгорания:
   Метан + Кислород -> Углекислый газ + Вода
   CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
   
   Водород + Кислород -> Вода
   2H2 + O2 -> 2H2O

8. Количество кислорода, необходимого для сжигания:
   Для метана: 4,375 моль метана требует 2 * 4,375 = 8,75 моль кислорода.
   Для водорода: 15 моль водорода требует 15 / 2 = 7,5 моль кислорода.

9. Общее количество кислорода:
   Общий кислород = 8,75 + 7,5 = 16,25 моль O2.

10. Известно, что в 100 дм3 воздуха содержится 20 дм3 кислорода.
    Соотношение кислорода в воздухе: 20 дм3 O2 / 100 дм3 воздуха = 0,2.

11. Чтобы найти необходимый объем воздуха, используем пропорцию:
    Объем воздуха = Объем кислорода / (доля кислорода в воздухе) = 16,25 моль O2 * 22,4 дм3/моль / 0,2 = 182,8 дм3.

Ответ:
Для полного сжигания смеси объем воздуха составляет примерно 182,8 дм3.
от