дано:
- равные объемы метана V1 и паров воды V2.
- температура реакции = 900 градусов (не влияет на расчет объема).
- выход водорода = 50%.
реакция конверсии метана с паром может быть представлена следующим уравнением:
CH4 + H2O -> CO + 3H2.
найти:
- объемную долю водорода в полученной смеси.
решение:
1. Пусть V1 = V2 = V, где V - объем одного из газов (метана или воды).
2. По уравнению реакции видно, что каждый моль метана реагирует с одним моль воды, образуя один моль угарного газа (CO) и три моля водорода (H2).
3. В начальный момент в сосуде есть:
- V метана,
- V паров воды.
4. После реакции, при выходе 50%, образуется:
- из V метана образуется (0.5 * V) моль водорода (так как 1 моль метана дает 3 моль водорода),
- из V воды расходуется (0.5 * V) моль, то есть 0.5 * V моль воды.
Общее количество водорода в результате реакции:
n(H2) = 3 * (0.5 * V) = 1.5 * V.
5. Количество угарного газа:
n(CO) = 0.5 * V.
6. Объем оставшегося метана:
Оставшийся метан = V - 0.5 * V = 0.5 * V.
7. Общее количество газов после реакции:
V(газов) = объем водорода + объем угарного газа + оставшийся метан:
V(газов) = (1.5 * V) + (0.5 * V) + (0.5 * V) = 2.5 * V.
8. Теперь найдем объемную долю водорода (V(H2)):
объемная доля водорода = V(H2) / V(газов) = (1.5 * V) / (2.5 * V) = 1.5 / 2.5 = 0.6.
ответ:
Объемная доля водорода в полученной смеси составляет 0.6 или 60%.