Какова массовая доля водорода в метан-водородной смеси, содержащей 95% общей массы?

Liska

61

Для решения данной задачи нам необходимо знать молярные массы водорода и метана, а также применить соотношение массовой доли и молярной доли элемента в химическом соединении.

Запишем химическую формулу метана: CH4. Молярная масса метана равна сумме масс атомов углерода и водорода в этом соединении:

Масса углерода = 12.01 г/моль
Масса водорода = 1.008 г/моль

Таким образом, молярная масса метана равна:
4 * (масса водорода) + (масса углерода) = 4 * 1.008 г/моль + 12.01 г/моль = 16.04 г/моль

Теперь рассмотрим 100 г смеси метана и водорода, описанной в задаче.

Общая масса смеси = 100 г
Массовая доля метана в этой смеси = 95%

Масса метана в смеси = (массовая доля метана) * (общая масса смеси) = 0.95 * 100 г = 95 г

Масса водорода в смеси = Общая масса смеси - Масса метана = 100 г - 95 г = 5 г

Теперь найдем молярные доли метана и водорода в смеси.

Молярная доля метана = (масса метана) / (молярная масса метана) = 95 г / 16.04 г/моль = 5.92 моль

Молярная доля водорода = (масса водорода) / (молярная масса водорода) = 5 г / 1.008 г/моль = 4.96 моль

Наконец, найдем массовую долю водорода в смеси, используя соотношение массовой доли и молярной доли элемента в соединении:

Массовая доля водорода = (Молярная доля водорода) * (Молярная масса водорода) / (Молярная доля водорода * Молярная масса водорода + Молярная доля метана * Молярная масса метана)

Массовая доля водорода = (4.96 моль * 1.008 г/моль) / (4.96 моль * 1.008 г/моль + 5.92 моль * 16.04 г/моль) = 0.1808

Таким образом, массовая доля водорода в метан-водородной смеси составляет примерно 18.08%.