Question

Метан СН4 является основным компонентом природного газа. Его широко используют в быту, сжигая в газовых плитах, для приготовления пищи и в промышленности. В случае утечки газа возникает угроза взрыва, поскольку при определённых концентрациях его смеси с воздухом оказываются взрывоопасными. Метан не обладает запахом, поэтому в бытовой газ обычно добавляют вещества со специфическим запахом, чтобы человек вовремя заметил утечку газа и смог ликвидировать опасность. Метан в присутствии кислорода горит с образованием воды и углекислого газа. Составьте уравнения химических реакций взаимодействия метана с кислородом и озоном. Рассчитайте массу метана, который прореагирует со смесью кислорода и озона массой 48,0 г. В данной смеси на каждые три молекулы кислорода приходится одна молекула озона.

Answer 1

дано:  
масса смеси кислорода и озона = 48,0 г  
отношение молекул: на каждые 3 молекулы кислорода (O2) приходится 1 молекула озона (O3)  

найти:  
массу метана (CH4), который прореагирует с данной смесью  

решение:  
1. Запишем уравнение реакции метана с кислородом:  
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O  
2. Для этой реакции необходимо 2 моль O2 на 1 моль CH4.

3. Теперь запишем уравнение реакции метана с озоном:  
CH4 + O3 → CH2O + O2  
(в данной реакции 1 моль озона реагирует с 1 моль метана)

4. Рассчитаем, сколько молекул O2 и O3 в смеси. Пусть X - количество молекул O2, тогда количество молекул O3 будет X/3. Общая масса смеси:  
масса O2 = X * 32 г/моль,  
масса O3 = (X/3) * 48 г/моль.  
Общая масса смеси:  
(X * 32) + ((X/3) * 48) = 48 г.  
5. Упростим:  
32X + 16X = 48 * 3  
48X = 144  
X = 3 моль O2,  
количество O3 = 1 моль.

6. Найдем массу каждого компонента:  
масса O2 = 3 моль * 32 г/моль = 96 г  
масса O3 = 1 моль * 48 г/моль = 48 г  

7. Теперь определим, сколько метана отреагирует с каждой частью смеси:  
- по уравнению реакции с O2:  
3 моль O2 дает 1,5 моль CH4.  
- по уравнению реакции с O3:  
1 моль O3 дает 1 моль CH4.  

8. Общее количество метана, которое прореагирует:  
1,5 моль + 1 моль = 2,5 моль CH4.  

9. Найдем массу метана:  
масса CH4 = количество моль * молярная масса CH4 = 2,5 моль * 16 г/моль = 40 г.  

ответ:  
масса метана, который прореагирует со смесью кислорода и озона, равна 40 г.