Номер 2, страница 179, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2*. Рассчитайте объем $CO_2$ (н. у.) возвращенного в круговорот углерода в результате деятельности метаноокисляющих бактерий, если ими было утилизировано из воздуха $4,8 \text{ т } CH_4$. Масса $CH_4$ в атмосфере равна $4,3 \cdot 10^8 \text{ т}$, а общая масса $CO_2$ - $2,3 \cdot 10^{12} \text{ т}$.

Процесс биологического окисления метана идет ступенчато:

$CH_4 \rightarrow CH_3OH \rightarrow HCHo \rightarrow HCOOH \rightarrow CO_2$.

Дано:

$m(CH_4) = 4,8 \text{ т}$

$m_{атм}(CH_4) = 4,3 \cdot 10^9 \text{ т}$

$m_{общ}(CO_2) = 2,3 \cdot 10^{12} \text{ т}$

Перевод в СИ:

$m(CH_4) = 4,8 \text{ т} = 4,8 \cdot 10^6 \text{ г}$

Найти:

$V(CO_2)$ (н. у.) - ?

Решение:

Процесс биологического окисления метана до углекислого газа, несмотря на его ступенчатость ($CH_4 \rightarrow CH_3OH \rightarrow HCHo \rightarrow HCOOH \rightarrow CO_2$), можно описать суммарным уравнением реакции полного окисления метана, поскольку каждый атом углерода из метана в итоге переходит в молекулу углекислого газа.

Суммарное уравнение реакции:

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

Из уравнения видно, что из 1 моль метана ($CH_4$) образуется 1 моль углекислого газа ($CO_2$). Таким образом, их количественные соотношения равны:

$n(CH_4) = n(CO_2)$

Для расчета нам понадобится только масса утилизированного метана. Масса метана в атмосфере и общая масса углекислого газа являются дополнительной информацией и не используются в расчетах.

1. Найдем молярную массу метана ($CH_4$):

$M(CH_4) = M(C) + 4 \cdot M(H) = 12 \text{ г/моль} + 4 \cdot 1 \text{ г/моль} = 16 \text{ г/моль}$

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) утилизированного метана массой 4,8 т ($4,8 \cdot 10^6$ г):

$n(CH_4) = \frac{m(CH_4)}{M(CH_4)} = \frac{4,8 \cdot 10^6 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 0,3 \cdot 10^6 \text{ моль}$

3. Так как $n(CH_4) = n(CO_2)$, количество вещества образовавшегося углекислого газа также равно $0,3 \cdot 10^6$ моль.

$n(CO_2) = 0,3 \cdot 10^6 \text{ моль}$

4. Найдем объем углекислого газа при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$V(CO_2) = n(CO_2) \cdot V_m = 0,3 \cdot 10^6 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 6,72 \cdot 10^6 \text{ л}$

Переведем полученный объем в кубические метры, зная, что $1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$:

$V(CO_2) = \frac{6,72 \cdot 10^6 \text{ л}}{1000 \text{ л/м}^3} = 6720 \text{ м}^3$

Ответ: объем $CO_2$, возвращенного в круговорот углерода, составляет $6720 \text{ м}^3$.