Какой объем метана потребуется, чтобы синтезировать 30 т муравьиной кислоты, если ее выход составляет в массовых долях 0,9, или 90% (н.у.) ?
Чтобы определить, какой объем метана необходим для синтеза 30 тонн муравьиной кислоты (HCOOH) с учетом выхода 90%, сначала нужно выяснить, сколько метана потребуется для получения фактической массы кислоты с учетом выхода.
Расчет реального объема муравьиной кислоты:
Если выход составляет 90%, то это означает, что на самом деле нужно произвести больше муравьиной кислоты, чтобы получить 30 тонн. Мы можем использовать следующую формулу:
\[ m_{\text{реальное}} = \frac{m_{\text{целевое}}}{\text{выход}} \]
\[ m_{\text{реальное}} = \frac{30 \, \text{т}}{0.9} = 33.33 \, \text{т} \]
Молярная масса муравьиной кислоты:
Молярная масса муравьиной кислоты (HCOOH) составляет:
\[ M_{HCOOH} = 1 + 12 + 16 = 46 \, \text{г/моль} \]
Количество молей муравьиной кислоты:
Теперь, для вычисления количества молей, необходимого для получения 33.33 тонны:
\[ n_{HCOOH} = \frac{m_{HCOOH}}{M_{HCOOH}} = \frac{33.33 \times 10^3 \, \text{г}}{46 \, \text{г/моль}} \approx 724.48 \, \text{моль} \]
Синтетическая реакция:
Предположим, что для синтеза муравьиной кислоты из метана (CH4) используется общепринятая реакция:
\[ CH_4 + O_2 \rightarrow HCOOH + H_2O \]
Эта реакция показывает, что на 1 моль метана получается 1 моль муравьиной кислоты. То есть количество молей метана будет равно количеству молей муравьиной кислоты:
\[ n_{CH4} = n_{HCOOH} \approx 724.48 \, \text{моль} \]
Объем метана:
При нормальных условиях (н.у.), 1 моль газа занимает 22.4 литра. Таким образом, объем метана будет:
\[ V_{CH4} = n_{CH4} \times 22.4 \, \text{л/моль} \]
\[ V_{CH4} \approx 724.48 \, \text{моль} \times 22.4 \, \text{л/моль} \approx 16205.27 \, \text{л} \]
Итак, приблизительно 16205.27 литров метана потребуется для синтеза 30 тонн муравьиной кислоты при выходе 90%.
