При пропускании нагретой смеси метана с водяным паром над катализатором получили 5,6 л (н. у.) водорода. Определите объем метана, вступившего в реакцию.
Давайте разберём задачу пошагово и подробно объясним решение.
Дано:
- Объем водорода, полученного при реакции: \( V_{H_2} = 5,6\,л \) (н.у. — при нормальных условиях).
- Реакция происходит между метаном (\( CH_4 \)) и водяным паром (\( H_2O \)) на катализаторе.
Шаг 1. Запишем уравнение реакции
При нагревании метана с водяным паром на катализаторе происходит реакция парового реформинга:
\[ CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2 \]
Здесь:
- 1 молекула метана реагирует с 1 молекулой воды,
- в результате образуется 1 молекула монооксида углерода (\( CO \)) и 3 молекулы водорода (\( H_2 \)).
Шаг 2. Отношение молекул
Из уравнения реакции видно, что:
- 1 молекула \( CH_4 \) даёт 3 молекулы \( H_2 \).
Это значит, что соотношение между вступившими в реакцию газами по молям:
\[ \text{Моли } H_2 = 3 \times \text{Моли } CH_4 \]
Шаг 3. Используем отношение объемов
При условии, что температуры и давления стандартные (нормальные условия), объемы газов пропорциональны количеству молей. Тогда:
\[ V_{H_2} = 3 \times V_{CH_4} \]
где:
- \( V_{H_2} \) — объем выделенного водорода,
- \( V_{CH_4} \) — объем метана, вступившего в реакцию.
Шаг 4. Находим объем метана
Перепишем:
\[ V_{CH_4} = \frac{V_{H_2}}{3} = \frac{5,6\,л}{3} \approx 1,87\,л \]
Ответ:
Объем метана, вступившего в реакцию, составил примерно 1,87 литра при нормальных условиях.
Итог
При реакциях, в ходе которых образуется 3 молекулы водорода на одну молекулу метана, объем метана, вступившего в реакцию, равен объему водорода, разделённому на 3.
