Какова масса метана (CH4) в объеме 22,4 м3 при нормальных условиях (н.у.), и сколько молекул этого вещества содержится

Paporotnik_8323

7

Чтобы решить эту задачу, нам понадобятся следующие шаги.

Шаг 1: Определите стандартные условия (н.у.). Нормальные условия - это условия, при которых давление составляет 1 атмосферу (атм) и температура равна 0 градусов Цельсия (°C).

Шаг 2: Используйте уравнение состояния идеального газа, чтобы найти количество вещества метана. Уравнение состояния идеального газа выглядит следующим образом:

\[PV = nRT\]

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

Шаг 3: Подставьте известные значения в уравнение состояния идеального газа. Давление составляет 1 атмосферу (так как это нормальные условия), а объем составляет 22,4 м^3.

\[1 \, \text{атм} \times 22,4 \, \text{м}^3 = n \times 0,0821 \, \text{атм} \cdot \text{л/моль} \cdot \text{К} \times (0 \, \text{°C} + 273,15)\]

Пояснение для обратимого вычисления: Во-первых, мы конвертируем 0°C в Кельвины, добавляя 273,15, так как в уравнении состояния идеального газа температура должна быть выражена в Кельвинах. Затем, мы умножаем давление на объем.

Шаг 4: Решите уравнение, чтобы найти количество вещества метана, записанное как n.

\[22,4 \, \text{м}^3 = n \times 0,0821 \, \text{атм} \cdot \text{л/моль} \cdot \text{К} \times 273,15\]

Шаг 5: Решите уравнение для n, чтобы найти количество молей метана.

\[n = \frac{22,4 \, \text{м}^3}{0,0821 \, \text{атм} \cdot \text{л/моль} \cdot \text{К} \times 273,15}\]

Пояснение для обратимого вычисления: Нам нужно разделить оба обьем и универсальную газовую постоянную (включающую температуру в Кельвинах) на обьем газа.

Шаг 6: Вычислите значение n.

\[n \approx 1\]

Шаг 7: Определите массу метана.

Масса метана может быть найдена, зная количество молей метана и его молярную массу. Молярная масса метана равна 16,04 г/моль.

Масса метана = количество молей метана \(\times\) молярная масса метана.

Подставив значение n в уравнение, мы получаем:

Масса метана = 1 моль \(\times\) 16,04 г/моль

Масса метана = 16,04 г

Ответ: Масса метана в объеме 22,4 м^3 при нормальных условиях составляет около 16,04 г. В данном объеме содержится около 1 моль молекул метана.