Смесь метана с кислородом, имеющую плотность 0,9286 г/л (н. у.), пропустили через реактор для получения ацетилена. Определите выход ацетилена в расчете на исходный метан, если образовавшаяся газовая смесь после конденсации паров воды и приведения к н. у. содержала только СО2, Н2, СН4 и С2Н2, а ее объем по сравнению с исходной смесью увеличился на 10%. Реакцией образования сажи пренебречь.
от

1 Ответ

Дано:
- Плотность смеси (ρ) = 0.9286 г/л = 0.0009286 г/m³
- Увеличение объема газовой смеси после реакции = 10%

Обозначим исходный объем смеси как V0. Тогда объем полученной смеси V1 будет:

V1 = V0 * (1 + 0.10) = 1.1 * V0.

Сначала найдем массу исходной смеси через плотность и объем:

m(смеси) = ρ * V0 = 0.9286 г/л * V0 л.

Теперь, согласно уравнению реакции, метан (CH4) реагирует с кислородом (O2) для образования ацетилена (C2H2) и других продуктов, включая углекислый газ (CO2) и водород (H2). Реакция можно представить в следующем виде:

2 CH4 + O2 → 2 C2H2 + 2 H2 + CO2.

Из этого уравнения видно, что из 2 моль метана образуются 2 моль ацетилена (C2H2).

Теперь определим количество молей исходного метана:

n(CH4) = m(смеси) / M(CH4),

где молярная масса метана M(CH4) ≈ 16 г/моль.

Для того чтобы найти массу смеси, нам нужно сначала выразить V0 в литрах.

Исходный объем газа (V0) мы можем выразить через массу и плотность:

V0 = m(смеси) / ρ = (0.9286 * V0) / 0.9286 = V0.

Теперь подставим это выражение:

m(смеси) = ρ * V0 = 0.9286 * V0.

Теперь вернемся к количеству молей метана n(CH4):

n(CH4) = (0.9286 * V0) / 16.

Так как из 2 моль метана образуется 2 моль ацетилена, выход ацетилена по отношению к исходному метану будет равен:

выход(C2H2) = 2 * n(CH4).

Таким образом, можно записать:

выход(C2H2) = 2 * (0.9286 * V0) / 16 = 0.11607 * V0.

Теперь найдем общий выход газа после реакции, который составит:

V1 = V0 * 1.1 = 1.1 * V0.

Выход ацетилена в расчете на исходный метан:

выход(C2H2) = (0.11607 * V0) / V0 = 0.11607.

Переведем данный выход в проценты:

выход(C2H2) * 100% = 11.607%.

Ответ: Выход ацетилена в расчете на исходный метан составляет примерно 11.61%.
от