Какой объём метана (н.у.) выделится при взаимодействии 10 г карбида алюминия (Al4C3) с 10 г воды?
Для решения задачи нужно использовать реакцию между карбидом алюминия и водой. Уравнение реакции выглядит следующим образом:
\[ \text{Al}_4\text{C}_3 + 12 \text{H}_2\text{O} \rightarrow 4 \text{Al(OH)}_3 + 3 \text{CH}_4 \]
Из уравнения видно, что 1 моль карбида алюминия реагирует с 12 моль воды, образуя 3 моль метана.
Находим количество молей карбида алюминия (Al4C3):
Молярная масса Al4C3:
- Al (активный - 27 г/моль): \( 4 \times 27 = 108 \, \text{г} \)
- C (углерод - 12 г/моль): \( 3 \times 12 = 36 \, \text{г} \)
- Итого: \( 108 + 36 = 144 \, \text{г/моль} \)
Количество молей Al4C3: \[ n(\text{Al}_4\text{C}_3) = \frac{10 \, \text{г}}{144 \, \text{г/моль}} \approx 0.0694 \, \text{моль} \]
Находим количество молей воды (H2O):
Молярная масса H2O:
- H (водород - 1 г/моль): \( 2 \times 1 = 2 \, \text{г} \)
- O (кислород - 16 г/моль): \( 16 \, \text{г} \)
- Итого: \( 2 + 16 = 18 \, \text{г/моль} \)
Количество молей H2O: \[ n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{10 \, \text{г}}{18 \, \text{г/моль}} \approx 0.5556 \, \text{моль} \]
Определяем лимитирующий реагент:
- По уравнению реакции, 1 моль Al4C3 реагирует с 12 моль H2O.
- Для 0.0694 моль Al4C3 потребуется: \[ 12 \times 0.0694 \approx 0.833 \, \text{моль H2O} \]
Поскольку у нас есть только 0.5556 моль H2O, значит, H2O является лимитирующим реагентом.
Находим количество образующегося метана (CH4):
- По уравнению реакции, 12 моль воды дают 3 моль метана.
- Соответственно, 0.5556 моль H2O дадут: \[ x = \frac{3}{12} \times 0.5556 \approx 0.139 \, \text{моль CH}_4 \]
Находим объём метана при нормальных условиях (н.у.):
- 1 моль газа при н.у. занимает 22.4 литра.
- Объём метана: \[ V = 0.139 \, \text{моль} \times 22.4 \, \text{л/моль} \approx 3.12 \, \text{л} \]
Таким образом, при взаимодействии 10 г карбида алюминия с 10 г воды выделится примерно 3.12 литра метана (при нормальных условиях).
