Question

Водород считается одним из самых перспективных источников энергии будущего. Это обусловлено тем, что при его сгорании образуется только вода (и не образуются токсичные вещества) и выделяется большое количество энергии. В настоящее время одним из промышленных способов получения водорода является метод каталитической конверсии метана: СН4 + Н2О = СО + ЗН2. Природный газ какой массой с массовой долей метана, равной 96,0 %, необходим для получения водорода массой 80,0 т методом каталитической конверсии метана?

Answer 1

Дано:
- Масса целевого водорода (H2) = 80,0 т = 80000 кг
- Реакция: CH4 + H2O → CO + 3H2
- Молярная масса водорода (H2) ≈ 2 г/моль
- Для получения 3 моль водорода требуется 1 моль метана (CH4).

Найти: массу природного газа с массовой долей метана 96,0 %, необходимую для получения 80,0 т водорода.

Решение:

1. Рассчитаем количество молей водорода, которое необходимо получить:
n(H2) = масса / молярная масса
n(H2) = 80000 кг / (2 г/моль * 0,001 кг/г) = 80000 / 0,002 = 40000000 моль

2. Определим количество молей метана, необходимое для получения этого количества водорода. Из уравнения реакции видно, что 1 моль метана даёт 3 моля водорода:
n(CH4) = n(H2) / 3
n(CH4) = 40000000 моль / 3 ≈ 13333333,33 моль

3. Рассчитаем массу метана, необходимого для реакции:
Молярная масса метана (CH4) ≈ 12 + 4 * 1 = 16 г/моль
масса(CH4) = n(CH4) * молярная масса(CH4)
масса(CH4) = 13333333,33 моль * (16 г/моль * 0,001 кг/г) = 213333,33 кг

4. Теперь, учитывая массовую долю метана в природном газе, найдём общую массу природного газа:
массовая доля метана = 96%
масса природного газа = масса метана / (массовая доля метана)
масса природного газа = 213333,33 кг / 0,96 ≈ 222222,22 кг

Ответ:
Для получения 80,0 т водорода необходимо approximately 222222,22 кг природного газа с массовой долей метана, равной 96,0 %.