Для решения данной задачи нам необходимо провести несколько этапов. Попробуем разобраться, что нам известно и как это связано с реакцией каталитического окисления бутана.
Шаг 1: Установим медицинское уравнение реакции.
Процесс каталитического окисления бутана (C₄H₁₀) можно описать следующим уравнением:
[ C_4H_{10} + O_2 \rightarrow CH_3COOH + CO_2 + H_2O ]
Однако, для приложенной задачи нам нужно более точное уравнение, где мы укажем, что образуется уксусная кислота, чтобы учитывать соотношение между веществами. Уравнение может выглядеть следующим образом (на каждую молекулу уксусной кислоты будет необходимо 2 молекулы кислорода):
[ C_4H_{10} + 6O_2 \rightarrow 2CH_3COOH + 4CO_2 + 5H_2O ]
Шаг 2: Определить количество уксусной кислоты.
Теперь нам нужно найти количество уксусной кислоты, которое соответствует 30 г. Для этого нам потребуется молярная масса уксусной кислоты (CH₃COOH):
- Углерод (C): 12 г/моль × 2 = 24 г
- Водород (H): 1 г/моль × 4 = 4 г
- Кислород (O): 16 г/моль × 2 = 32 г
Общая молярная масса уксусной кислоты составляет:
[ 24 , \text{г} + 4 , \text{г} + 32 , \text{г} = 60 , \text{г/моль} ]
Теперь можем рассчитать количество уксусной кислоты в молях:
[ n = \frac{m}{M} = \frac{30 , \text{г}}{60 , \text{г/моль}} = 0.5 , \text{моль} ]
Шаг 3: Определим количество кислорода.
Согласно нашему уравнению, на 2 моля уксусной кислоты требуется 6 молей кислорода. Найдем, сколько кислорода потребуется для 0.5 моля уксусной кислоты:
[ \text{На 2 моля уксусной кислоты} \Rightarrow \text{требуется 6 моль O}_2 ]
[ \text{На 0.5 моля уксусной кислоты} \Rightarrow \text{требуется} , n(O_2) = 0.5 , \text{моль} , \times \frac{6}{2} = 1.5 , \text{моль} ]
Шаг 4: Перевести количество кислорода в объём.
При нормальных условиях (н. у.) 1 моль газа занимает 22.4 литра. Таким образом, количество кислорода в литрах составит:
[ V(O_2) = n(O_2) \times 22.4 , \text{л/моль} = 1.5 , \text{моль} \times 22.4 \text{л/моль} ]
[ V(O_2) = 33.6 , \text{л} ]
Ответ:
Объём кислорода, необходимый для каталитического окисления бутана с образованием 30 г уксусной кислоты, составляет 34 литра (с округлением до целых).
