Найти массу воздуха, необходимую для полного сжигания 3 г бутана.
Для решения задачи о нахождении массы воздуха, необходимой для полного сжигания 3 г бутана (C₄H₁₀), давайте сначала напомним химическое уравнение реакции сгорания бутана.
Шаг 1: Написание уравнения реакции сгорания бутана
Бутан сгорает в кислороде (O₂) с образованием углекислого газа (CO₂) и воды (H₂O). Уравнение реакции выглядит так:
\[ C₄H₁₀ + O₂ \rightarrow CO₂ + H₂O \]
Чтобы уравнять уравнение, необходимо подсчитать количество атомов углерода, водорода и кислорода:
- У нас 4 атома углерода в бутане, значит, будет 4 CO₂.
- В бутане 10 атомов водорода, поэтому нужно 5 H₂O.
Таким образом, уравнение выглядит следующим образом:
\[ C₄H₁₀ + O₂ \rightarrow 4 CO₂ + 5 H₂O \]
Теперь подсчитаем количество кислорода:
В правой части уравнения у нас:
- 4 CO₂ содержит \( 4 \times 2 = 8 \) атомов кислорода.
- 5 H₂O содержит \( 5 \times 1 = 5 \) атомов кислорода.
Итого: \( 8 + 5 = 13 \) атомов кислорода, т.е. 6.5 O₂:
\[ C₄H₁₀ + 6.5 O₂ \rightarrow 4 CO₂ + 5 H₂O \]
Шаг 2: Определение mol-ей бутана
Теперь нужно найти количество моль в 3 г бутана. Для этого используем малярную массу бутана (C₄H₁₀):
- Углерод (C): 12 г/моль
- Водород (H): 1 г/моль
Малярная масса бутана:
\[ M(C₄H₁₀) = 4 \times 12 + 10 \times 1 = 48 + 10 = 58 \text{ г/моль} \]
Теперь определим количество моль бутана:
\[ n = \frac{m}{M} = \frac{3 \text{ г}}{58 \text{ г/моль}} \approx 0.0517 \text{ моль} \]
Шаг 3: Рассчет необходимого количества кислорода
Из уравнения видно, что на 1 моль бутана требуется 6.5 моль кислорода. Значит, для 0.0517 моль бутана потребуется:
\[ O_2 = 0.0517 \text{ моль} \times 6.5 = 0.335 \text{ моль} \]
Шаг 4: Преобразование моль кислорода в массу
Теперь найдем массу кислорода, зная его малярную массу (32 г/моль):
\[ m(O_2) = n \times M(O_2) = 0.335 \text{ моль} \times 32 \text{ г/моль} \approx 10.72 \text{ г} \]
Шаг 5: Определение массы воздуха
В среднем воздух состоит из 21% кислорода. Чтобы найти массу воздуха, необходимую для сгорания, используем пропорцию:
\[ m_{\text{воздух}} = \frac{m(O_2)}{0.21} = \frac{10.72 \text{ г}}{0.21} \approx 51.05 \text{ г} \]
Ответ: Для полного сжигания 3 г бутана необходимо примерно 51.05 г воздуха.
