Сколько природного газа нужно использовать вместо 2 г водорода, чтобы получить такое же количество выделяющейся теплоты

Веселый_Клоун

10

Чтобы решить данную задачу, нам потребуется знание об эквивалентных молярных отношениях в химических реакциях и расчетах с применением соответствующих коэффициентов.

Давайте рассмотрим химическую реакцию сжигания водорода и природного газа:
\[
H_2 + \frac{1}{2} O_2 \rightarrow H_2O \quad \text{(вода)}
\]
и
\[
CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \quad \text{(природный газ)}
\]

Мы знаем, что при сжигании 2 г водорода выделяется определенное количество теплоты. Наша задача - определить, сколько граммов природного газа необходимо использовать, чтобы получить такое же количество выделяющейся теплоты.

Для начала, рассчитаем количество теплоты, выделяемое при сжигании 2 г водорода. Для этого воспользуемся энтальпией реакции и молярной массой водорода.

Молярная масса водорода (\(H_2\)) равна 2 г/моль. По таблице с энтальпией образования соединений, для воды \(H_2O\) энтальпия образования равна -285.8 кДж/моль.

Теплота, выделяемая при сжигании 2 г водорода, может быть рассчитана следующим образом:

\[
\text{Теплота} = \text{Масса} \times \frac{\text{Энтальпия}}{\text{Молярная масса}}
\]

\[
\text{Теплота} = 2 \, \text{г} \times \frac{-285.8 \, \text{кДж/моль}}{2 \, \text{г/моль}}
\]

\[
\text{Теплота} = -285.8 \, \text{кДж}
\]

Теперь, чтобы определить, сколько граммов природного газа нам потребуется, мы должны решить пропорцию между количеством расходуемого водорода и природного газа.

\[
\frac{\text{граммы водорода}}{\text{граммы природного газа}} = \frac{\text{моль водорода}}{\text{моль природного газа}} = \frac{\text{весовой коэффициент водорода}}{\text{весовой коэффициент природного газа}}
\]

Молярная масса метана равна 16 г/моль, а молярная масса водорода - 2 г/моль.

Теперь мы можем записать и решить пропорцию:

\[
\frac{2 \, \text{г}}{\text{граммы природного газа}} = \frac{2 \, \text{г/моль}}{\text{масса природного газа} \, \text{г/моль}}
\]

Допустим, \(x\) - это масса природного газа, которую мы ищем. Тогда:

\[
\frac{2 \, \text{г}}{x} = \frac{2 \, \text{г/моль}}{16 \, \text{г/моль}}
\]

Домножив обе стороны на \(x\), мы получим:

\[
2 \cdot 16 = 2 \cdot x
\]

\[
32 = 2x
\]

Из этого следует, что \(x = \frac{32}{2} = 16\) г.

Таким образом, чтобы получить такое же количество выделяющейся теплоты при сжигании, нам необходимо использовать 16 г природного газа вместо 2 г водорода.