Чтобы понять, какое уравнение соответствует условию, в котором газ, вступающий в реакцию, и газ, образующийся в ходе реакции, имеют одинаковые объемы, необходима концепция, основанная на законе Бойля-Мариотта и уравнении состояния идеального газа. Согласно этому закону, при постоянной температуре и давлении объемы газов, участвующих в реакции, пропорциональны их молям.
Рассмотрим каждое из предложенных уравнений:
N₂ + 3H₂ → 2NH₃
- 1 моль N₂ + 3 моль H₂ = 4 моля реагентов.
- Образуется 2 моля NH₃ (газа).
- Здесь объемы различаются, потому что объемы реагентов (N₂ и H₂) не равны объему продукта (NH₃).
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
- 1 моль CH₄ + 2 моля O₂ = 3 моля реагентов.
- Образуется 1 моль CO₂ + 2 моля H₂O (вода в газообразном состоянии считается) = 3 моля продуктов.
- Здесь объемы совпадают, так как моль газа реагентов равен молю получаемого газа.
C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
- 1 моль C₃H₈ + 5 молей O₂ = 6 молей реагентов.
- Образуется 3 моля CO₂ + 4 моля H₂O = 7 молей продуктов.
- Объемы различаются.
4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O
- 4 моля NH₃ + 3 моля O₂ = 7 молей реагентов.
- Образуется 2 моля N₂ + 6 молей H₂O = 8 молей продуктов.
- Объемы также различаются.
Таким образом, в третьем уравнении (CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O) газ, который реагирует, и газ, который образуется, имеют одинаковый объем, если учесть, что H₂O находится в газообразном состоянии.
Поэтому правильный ответ:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
