Який об єм кисню використовується для повного окиснення (спалювання) 30 м³ метану?

Sumasshedshiy_Kot

56

Для решения этой задачи нам необходимо знать химическое уравнение реакции сгорания метана. В случае сгорания метана, с ним взаимодействует молекула кислорода, и в результате образуется углекислый газ и вода.

Уравнение реакции сгорания метана:
\[ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \]

Теперь мы можем рассчитать, сколько кислорода требуется для полного сгорания 30 м³ метана.

1) Коэффициент перед метаном (CH4) в уравнении реакции равен 1. Это означает, что для сгорания одной молекулы метана требуется 1 молекула метана.
2) Коэффициент перед кислородом (O2) равен 2, что означает, что для сгорания одной молекулы метана требуется 2 молекулы кислорода.
3) Молярная масса метана (СН4) равна 12,01 + 4 × 1,01 = 16,05 г/моль.
4) Молярная масса кислорода (O2) равна 2 × 16 = 32 г/моль.

Теперь мы можем приступить к решению задачи.

1) Рассчитаем число молей метана, используя его объем. Для этого мы поделим объем метана на его молярный объем при нормальных условиях: \(n_{CH_4} = \frac{V_{CH_4}}{V_m}\), где \(V_{CH_4}\) - объем метана, \(V_m\) - молярный объем газа при нормальных условиях.

Молярный объем газа при нормальных условиях составляет 22,4 л/моль, поэтому \(V_m = 22,4\) л/моль.

Подставляем известные значения:
\(n_{CH_4} = \frac{30}{22.4}\) моль.

2) Теперь вычисляем количество кислорода, требуемое для полного окисления метана. Исходя из уравнения реакции, каждая молекула метана требует 2 молекулы кислорода. Таким образом, количество молекул кислорода будет равно удвоенному количеству молекул метана.

\(n_{O_2} = 2 \cdot n_{CH_4}\)

Подставляем значение \(n_{CH_4}\), полученное на предыдущем шаге:
\(n_{O_2} = 2 \cdot \frac{30}{22.4}\) моль.

3) Наконец, рассчитываем объем кислорода, исходя из его количества. Для этого мы умножаем количество молекул кислорода на его молярный объем при нормальных условиях.

\(V_{O_2} = n_{O_2} \cdot V_m\)

Подставляем значение \(n_{O_2}\) и найденное ранее значение \(V_m\):
\(V_{O_2} = 2 \cdot \frac{30}{22.4} \cdot 22.4\) л.

Теперь мы можем рассчитать объем кислорода, используемого для полного сгорания 30 м³ метана.

Ответ: Объем кислорода, используемого для полного сгорания 30 м³ метана, составляет 40 литров.

Обоснование ответа: Расчет был выполнен на основе химического уравнения реакции сгорания метана, а также использования соотношений количества веществ и молярного объема газа при нормальных условиях.