Номер 5, страница 103 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 21. Углерод. Глава 1. Неметаллы - номер 5, страница 103.

Условие.

5. При пиролизе метана $CH_4$ — нагревании его без доступа воздуха — наряду с водородом образуется сажа. Напишите уравнение реакции. Рассчитайте массу сажи, образующейся при пиролизе $56\text{ м}^3$ метана (н. у.), если её выход составляет 95%.

Решение.

Решение 2.

Напишите уравнение реакции

Пиролиз метана — это процесс его термического разложения при высокой температуре без доступа воздуха. В результате этой реакции из метана ($CH_4$) образуются простые вещества: углерод ($C$) в виде сажи и газообразный водород ($H_2$). Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$CH_4 \xrightarrow{t} C + 2H_2$

Ответ: $CH_4 \xrightarrow{t} C + 2H_2$.

Рассчитайте массу сажи, образующейся при пиролизе 56 м³ метана (н. у.), если её выход составляет 95%

Дано:

Объем метана $V(CH_4) = 56 \text{ м}^3$

Выход реакции $\eta = 95\%$

Условия: нормальные (н. у.)

$V(CH_4) = 56 \text{ м}^3$ (соответствует СИ)
$\eta = 0.95$ (в долях единицы)

Найти:

Массу сажи $m(C)$

Решение:

1. Согласно уравнению реакции $CH_4 \rightarrow C + 2H_2$, стехиометрическое соотношение количеств вещества метана и образующейся сажи (углерода) составляет 1:1.

$\frac{n(CH_4)}{1} = \frac{n(C)}{1}$

2. Найдем количество вещества метана ($n(CH_4)$), вступившего в реакцию. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа $V_m$ равен $22.4 \text{ л/моль}$. Переведем его в единицы СИ: $V_m = 0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}$.

$n(CH_4) = \frac{V(CH_4)}{V_m} = \frac{56 \text{ м}^3}{0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}} = 2500 \text{ моль}$

3. Теоретическое количество вещества углерода ($n_{\text{теор.}}(C)$), которое может образоваться, равно количеству вещества метана:

$n_{\text{теор.}}(C) = n(CH_4) = 2500 \text{ моль}$

4. Рассчитаем теоретическую массу углерода ($m_{\text{теор.}}(C)$). Молярная масса углерода $M(C)$ равна $12 \text{ г/моль}$.

$m_{\text{теор.}}(C) = n_{\text{теор.}}(C) \times M(C) = 2500 \text{ моль} \times 12 \text{ г/моль} = 30000 \text{ г}$

5. Переведем теоретическую массу в килограммы для удобства:

$30000 \text{ г} = 30 \text{ кг}$

6. Рассчитаем практическую массу сажи ($m_{\text{практ.}}(C)$), учитывая, что выход реакции ($\eta$) составляет 95% (или 0.95 в долях от единицы):

$m_{\text{практ.}}(C) = m_{\text{теор.}}(C) \times \eta = 30 \text{ кг} \times 0.95 = 28.5 \text{ кг}$

Ответ: масса образовавшейся сажи составляет 28.5 кг.