Для решения задачи о том, сколько углерода нужно для получения метана (CH₄) из водорода, начнем с записи химической реакции:
[ C + 2H_2 \rightarrow CH_4 ]
В этой реакции один атом углерода (C) реагирует с двумя молекулами водорода (H₂), чтобы образовать одну молекулу метана (CH₄).
Теперь давайте разберемся, сколько углерода нам нужно для реакции с 10 г водорода.
Шаг 1: Находим количество вещества водорода
Сначала определим количество молекул водорода в 10 г. Для этого используем формулу:
[ n = \frac{m}{M} ]
где:
- ( n ) — количество вещества (в молях),
- ( m ) — масса вещества (г),
- ( M ) — молярная масса вещества (г/моль).
Для водорода (H₂) молярная масса:
[ M_{H_2} = 2 \times 1 = 2 \text{ г/моль} ]
Теперь подставим значение в формулу:
[ n_{H_2} = \frac{10 , \text{г}}{2 , \text{г/моль}} = 5 , \text{моль} ]
Шаг 2: Находим количество вещества углерода
Согласно уравнению реакции, на каждый 1 моль метана потребуется 1 моль углерода и 2 моли водорода. Из этого уравнения видно, что на 2 моли водорода требуется 1 моль углерода. Поскольку у нас 5 моль водорода, найдем, сколько углерода нам нужно.
Для 5 моль водорода требуется:
[
n_C = \frac{5 , \text{моль H}_2}{2} = 2.5 , \text{моль C}
]
Шаг 3: Находим массу углерода
Теперь найдем массу углерода, нужную для этой реакции. Для этого используем ту же формулу, что и ранее:
[ m = n \times M ]
Молярная масса углерода (C):
[ M_C = 12 \text{ г/моль} ]
Теперь подставим количество молей углерода:
[
m_C = 2.5 , \text{моль} \times 12 , \text{г/моль} = 30 , \text{г}
]
Ответ
Таким образом, для реакции с 10 г водорода необходимо 30 г углерода для получения метана (CH₄).
