Чтобы найти массу угля, нужно сначала определить, какой газ образовался в результате реакции угля (C) с концентрированной серной кислотой (H₂SO₄).
Во время реакции уголь (углерод) реагирует с серной кислотой с образованием углекислого газа (CO₂) и серы (S). Уравнение реакции выглядит следующим образом:
\[ C + 2 H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + 2 SO_2 + 2 H_2O. \]
Однако, в случае реакции угля с серной кислотой образуется SO₂ (диоксид серы) и углекислый газ (угленокислый).
Рассмотрим только углекислый газ для простоты.
Объем газов при нормальных условиях (н.у.) равен 22,4 л на 1 моль. Если у нас 16,8 л CO₂, то можем рассчитать количество вещества:
\[ n = \frac{V}{V_m}, \] где:
- \( V = 16,8 \) л (объем газа),
- \( V_m = 22,4 \) л/моль (молярный объем газа при н.у.).
Подставляем значения:
\[ n = \frac{16,8 \, \text{л}}{22,4 \, \text{л/моль}} = 0,75 \, \text{моль}. \]
Теперь, согласно уравнению реакции, 1 моль угля (C) дает 1 моль CO₂. Следовательно, 0,75 моль угля образует 0,75 моль CO₂.
Теперь найдем массу угля. Молярная масса угля (C) составляет 12 г/моль:
\[ m = n \cdot M, \] где:
- \( n = 0,75 \) моль,
- \( M = 12 \) г/моль.
Подставляем значения:
\[ m = 0,75 \, \text{моль} \cdot 12 \, \text{г/моль} = 9 \, \text{г}. \]
Таким образом, масса угля, взятая для реакции, составляет 9 граммов.