Дано:
- Объем смеси озона и кислорода = 67,2 см³.
- Массовая доля кислорода в 5 раз больше массовой доли озона.
Найти:
1. Объем кислорода (O2) и озона (O3) в смеси.
2. Какую массу метана (CH4) можно полностью окислить данной смесью.
Решение:
1. Пусть массовая доля озона X, тогда массовая доля кислорода будет 5X. Сумма массовых долей составит:
X + 5X = 6X.
Следовательно,
X = 1/6, 5X = 5/6.
Обозначим объем смеси как V_total = 67,2 см³.
Объем озона (V_O3) и кислорода (V_O2) можно найти следующим образом:
V_O3 = (1/6) * V_total = (1/6) * 67,2 см³ = 11,2 см³.
V_O2 = (5/6) * V_total = (5/6) * 67,2 см³ = 56,0 см³.
2. Теперь найдем количество моль каждого газа. Для этого используем закон Бойля-Мариотта:
При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л (или 22400 см³).
Количество моль озона:
n_O3 = V_O3 / 22400 = 11,2 см³ / 22400 см³/моль = 0,0005 моль.
Количество моль кислорода:
n_O2 = V_O2 / 22400 = 56,0 см³ / 22400 см³/моль = 0,0025 моль.
3. Находим общее количество моль газов и уравнение реакции:
Реакция окисления метана выглядит следующим образом:
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O.
Из уравнения видно, что на 1 моль метана требуется 2 моль кислорода для полного сгорания.
Значит, максимальное количество метана, которое можно сжечь, будет определяться количеством кислорода:
n_CH4 = n_O2 / 2 = 0,0025 моль / 2 = 0,00125 моль.
4. Теперь найдем массу метана:
Молярная масса метана (CH4) = 12 + 4*1 = 16 г/моль.
Масса метана m_CH4 = n_CH4 * M(CH4) = 0,00125 моль * 16 г/моль = 0,02 г.
Ответ:
Максимальная масса метана, которую можно полностью окислить, составляет 0,02 г.