1. Determine the mass of the product formed when 448 L (STP) of methane (1500°C) is converted to acetylene using

Ягодка_9375

50

1. Перед тем, как решить задачу, давайте сначала определим реакцию, которую мы будем использовать для преобразования метана в ацетилен. Реакция, которую мы будем использовать, известна как реакция M.G. Кучерова и выглядит следующим образом:

\[2CH_4(g) \rightarrow C_2H_2(g) + 3H_2(g)\]

Из уравнения реакции видно, что 2 молекулы метана превращаются в 1 молекулу ацетилена и 3 молекулы водорода. Теперь, чтобы решить задачу, нам необходимо найти массу образующегося продукта при использовании 448 л (стандартных условиях) метана.

Важно заметить, что у нас есть информация о количестве метана в литрах, а не в молях. Для преобразования объема вещества в количество вещества мы можем использовать идеальный газовый закон. По идеальному газовому закону:

\[PV = nRT\]

Где P - давление газа, V - его объем, n - количество вещества в молях, R - универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/(моль·К)), T - температура в Кельвинах.

Для преобразования 448 л метана (стандартных условиях) в моль нам необходимо использовать формулу пересчета:

\[n = \frac{V}{V_m}\]

Где n - количество вещества в моль, V - объем газа в литрах, \(V_m\) - молярный объем.

Подставляя значения в формулу, получаем:

\[n = \frac{448}{22,4} = 20\]

Теперь мы знаем, что у нас есть 20 моль метана. Чтобы найти массу образующегося продукта, мы будем использовать молярные массы каждого из веществ в реакции. Молярная масса метана составляет 16 г/моль, молярная масса ацетилена составляет 26 г/моль, а молярная масса водорода составляет 2 г/моль.

Теперь мы можем рассчитать массу образующегося ацетилена:

\[m_{C_2H_2} = n_{CH_4} \times \frac{m_{C_2H_2}}{n_{CH_4}}\]

\[m_{C_2H_2} = 20 \times \frac{26}{2} = 260 \text{ г}\]

Таким образом, масса образующегося ацетилена составляет 260 г.

2. Чтобы решить эту задачу, нам сначала нужно определить неизвестный алкин на основе его сгорания. Когда алкин сгорает, образуются углекислый газ (CO2) и вода (H2O) в соотношении 1:2. Таким образом, неизвестный алкин должен содержать один атом углерода и два атома водорода.

Теперь, зная количество потребляемого кислорода (170 л) и его соотношение с алкином, мы можем определить количество потребленного алкина. По сравнению с объемным соотношением алкина и кислорода, коэффициент потребления кислорода равен 1, а коэффициент потребления алкина равен 2. То есть, для каждого моля алкина, потребуется 2 моля кислорода.

Для преобразования 170 л кислорода в моль, мы используем формулу пересчета, аналогичную той, которую мы использовали для задачи 1:

\[n_{O_2} = \frac{V_{O_2}}{V_m}\]

Подставляя значения в формулу, получаем:

\[n_{O_2} = \frac{170}{22,4} = 7,59 \text{ моль}\]

Таким образом, количество потребляемого алкина равно половине количества потребленного кислорода:

\[n_{алкин} = \frac{n_{O_2}}{2} = \frac{7,59}{2} = 3,795 \text{ моль}\]

Теперь, зная количество молей алкина, мы можем рассчитать его объем, используя ту же формулу пересчета, что и в задаче 1:

\[V_{алкин} = n_{алкин} \times V_m\]

\[V_{алкин} = 3,795 \times 22,4 = 85,03 \text{ л}\]

Таким образом, объем алкина составляет 85,03 л.

Теперь, чтобы определить все изомеры неизвестного алкина, нам нужно рассмотреть различные конфигурации атомов в цепочке углеродных атомов. Изомеры алкинов могут иметь либо прямую (нормальную) цепь, либо ветви, либо кольца.

Более подробное рассмотрение всех изомеров выходит за рамки данного ответа. Однако, если вам нужно более подробное объяснение или примеры конкретных изомеров, пожалуйста, уточните задачу.

3. Для решения этой задачи нам необходимо знать стехиометрию реакции преобразования ацетилена в бензол. Предположим, что реакция протекает с максимальной выходностью, что означает, что вся масса ацетилена переходит в бензол.

Уравнение реакции преобразования ацетилена в бензол:

\[2C_2H_2(g) \rightarrow C_6H_6(l)\]

Исходя из уравнения реакции, видно, что для каждого моля ацетилена образуется один моль бензола. Теперь, чтобы рассчитать массу ацетилена, которая переходит в бензол, мы должны воспользоваться его молярной массой, которая составляет 26 г/моль.

Теперь мы можем рассчитать массу ацетилена, используя формулу

\[m_{C_2H_2} = n_{C_2H_2} \times m_{C_2H_2}\]

Где \(m_{C_2H_2}\) - молярная масса ацетилена, \(n_{C_2H_2}\) - количество молей ацетилена, равное количеству молей бензола (предполагая максимальную выходность).

\[n_{C_2H_2} = \frac{m_{C_6H_6}}{m_{C_2H_2}}\]

\[n_{C_2H_2} = \frac{0,624}{26} = 0,024 \text{ моль}\]

Теперь, используя полученное значение количества молей ацетилена, мы можем рассчитать его массу:

\[m_{C_2H_2} = n_{C_2H_2} \times m_{C_2H_2}\]

\[m_{C_2H_2} = 0,024 \times 26 = 0,624 \text{ г}\]

Таким образом, масса ацетилена, необходимого для получения 0,624 кг бензола, составляет 0,624 г.

Важно заметить, что в этом решении мы предположили максимальную выходность реакции, что означает, что все ацетилен переходит в бензол. В реальности выходность реакции может быть меньше этого значения.