Для решения задачи сначала нужно понять, какие стадии окисления метана происходят в процессе, и как каждый этап влияет на общий объём углекислого газа (CO₂), который возвращается в круговорот углерода.
Метан (CH₄) окисляется через несколько стадий в углекислый газ (CO₂). Рассмотрим реакции поэтапно:
- СН₄ → СН₃ОН
- СН₃ОН → НСОН
- НСОН → НСООН
- НСООН → СО₂
В ходе каждой из этих реакций ведётся преобразование углерода с выделением CO₂ в конечном итоге. На последнем этапе (4-й), происходит полное окисление углерода из метана в CO₂.
Теперь давайте посчитаем полный объём CO₂, который получается из 4,8 тонн метана.
Найдем количество молей метана в 4,8 т:
- Молярная масса метана (CH₄) = 12 (углерод) + 1×4 (водород) = 16 г/моль
- Масса в граммах: 4,8 т = 4,800 кг = 4,800,000 г
- Количество молей метана:
[
n(CH₄) = \frac{4,800,000 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 300,000 \text{ моль}
]
Определим, сколько молей CO₂ образуется из 1 моля метана. На финальном этапе все углероды из CH₄ превращаются в CO₂. То есть из 1 моля метана в конце реакции получится 1 моль CO₂.
Следовательно, 300,000 моль метана приведёт к образованию 300,000 моль CO₂.
- Теперь пересчитаем полученное количество CO₂ в массы:
- Молярная масса углекислого газа (CO₂) = 12 (углерод) + 2×16 (кислород) = 44 г/моль
- Масса CO₂:
[
m(CO₂) = n(CO₂) \times M(CO₂) = 300,000 \text{ моль} \times 44 \text{ г/моль} = 13,200,000 \text{ г} = 13,200 \text{ кг}
]
Таким образом, в результате деятельности метанокислящих бактерий, которые утилизировали 4,8 тонн метана, в круговорот углерода возвращается 13,2 тонны углекислого газа (CO₂).
