Какова масса бензола, который может быть произведен из 20,16 л метана (при нормальных условиях)?

Babochka

70

Чтобы решить эту задачу, мы должны использовать понятие стехиометрии, которое относится к количественному отношению между реагентами и продуктами химической реакции. Задача заключается в определении массы бензола, которая может быть получена из определенного объема метана при нормальных условиях.

Для начала, нам необходимо установить уравнение химической реакции, описывающей процесс превращения метана в бензол. Уравнение будет выглядеть следующим образом:

\(CH_4 + 6O_2 \rightarrow C_6H_6 + 6H_2O\)

Из этого уравнения видно, что 1 молекула метана реагирует с 6 молекулами кислорода, чтобы образовать 1 молекулу бензола и 6 молекул воды.

Для решения задачи, мы должны использовать пропорцию, основанную на вышеуказанном уравнении химической реакции. Сначала найдем количество молей метана в 20,16 л.

Метан - это газ при нормальных условиях, поэтому мы можем использовать уравнение состояния идеального газа для расчета количества молей:

\(PV = nRT\)

где P - давление газа, V - его объем, n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура в кельвинах.

Нормальные условия определяются температурой 0°C (273,15 К) и давлением 1 атмосфера (101,325 кПа).

Подставим известные значения в уравнение:

\((1 \, \text{атм}) \cdot (20,16 \, \text{л}) = n \cdot (0,0821 \, \text{л} \cdot \text{атм}/\text{моль} \cdot \text{К}) \cdot (273,15 \, \text{К})\)

Вычислив выражение, получим:

\(20,16 \, \text{л} = n \cdot 22,414 \, \text{л}/\text{моль}\)

Разделим обе части уравнения на 22,414:

\(n = \frac{20,16 \, \text{л}}{22,414 \, \text{л}/\text{моль}}\)

\(n = 0,9001 \, \text{моль}\)

Таким образом, у нас есть 0,9001 моль метана.

Теперь мы можем использовать пропорцию на основе уравнения реакции, чтобы определить количество молей бензола. Используя коэффициенты перед реагентами и продуктами, мы имеем:

\(\frac{1 \, \text{моль бензола}}{1 \, \text{моль метана}} = \frac{n \, \text{молей бензола}}{0,9001 \, \text{моль метана}}\)

Раскроем пропорцию:

\(n \, \text{молей бензола} = 0,9001 \, \text{моль метана} \times \frac{1 \, \text{моль бензола}}{1 \, \text{моль метана}}\)

Расчет показывает, что масса 20.16 л метанa составляет 11.36 г метанa. Получив количество моль metана, поучим массу данного вещества:

\[m = n \cdot M\]

Где \(m\) - масса, \(n\) - количество молей, \(M\) - молярная масса вещества. Молярная масса метана равна 16 г/моль, так как в одной молекуле метана содержатся 4 атома водорода массой 1 г/моль и один атом углерода массой 12 г/моль.

Подсчитаем массу метана:

\[m = 0,9001 \, \text{моль} \times 16 \, \text{г/моль} = 14,4016 \, \text{г}\]

Таким образом, масса бензола, который может быть произведен из 20,16 л метана при нормальных условиях, составляет 14,4016 г.