Дано:
- Начальный объем метана (CH4) = 100 л = 0.1 м³ (н. у.)
- Масса меди, которую можно восстановить = 768 г = 0.768 кг
- Молярная масса меди (Cu) = 63.55 г/моль
- Реакция восстановления меди из оксида:
2CuO + CH4 → 2Cu + CO2 + 2H2O
Сначала определим количество восстанавливаемой меди в молях:
n(Cu) = 0.768 кг / 0.06355 кг/моль ≈ 12.1 моль
По уравнению реакции видно, что на 1 моль метана восстанавливается 2 моль меди. Следовательно, для восстановления 12.1 моль меди потребуется:
n(CH4) = n(Cu) / 2 = 12.1 / 2 ≈ 6.05 моль
Теперь найдем объем метана, необходимый для таких условий. Используя закон Бойля-Мариотта, при нормальных условиях 1 моль газа занимает 22.4 л.
Объем метана, необходимый для реакции:
V(CH4) = n(CH4) * 22.4 л/моль = 6.05 моль * 22.4 л/моль ≈ 135.92 л
Так как у нас есть только 100 л метана, мы ограничены этим объемом, и выход паровой конверсии определяется как:
Выход паровой конверсии = фактический объем метана / необходимый объем метана * 100%
= 100 л / 135.92 л * 100% ≈ 73.5%
Теперь определим объем образовавшейся газовой смеси после реакции. Из уравнения видно, что на 1 моль метана образуется 1 моль углекислого газа (CO2) и 2 моля водяного пара (H2O). Таким образом, на 1 моль метана образуется 3 моль продуктов.
Количество образовавшихся газов при использовании 100 л метана будет:
n(CH4) = 100 л / 22.4 л/моль ≈ 4.46 моль
Объем образовавшейся газовой смеси:
V(газ) = n(продуктов) * 22.4 л/моль = 4.46 моль * 3 * 22.4 л/моль ≈ 299.7 л
Таким образом, после приведения к нормальным условиям объем образовавшейся газовой смеси составляет 299.7 л.
Ответ:
Выход паровой конверсии метана составляет примерно 73.5%, объем образовавшейся газовой смеси равен 299.7 л.