Номер 4, страница 169 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

4. Сажа, наряду с водородом, образуется при пиролизе метана $CH_4$ — нагревании его без доступа воздуха. Напишите уравнение реакции. Рассчитайте массу сажи, образующейся при пиролизе $56 \text{ м}^3$ метана, если выход продукта реакции составляет $95\%$.

Напишите уравнение реакции.

Пиролиз метана (нагревание без доступа воздуха) приводит к его разложению на простые вещества: углерод (сажу) и водород. 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, если выход продукта реакции составляет 95%. Дано:

$V(CH_4) = 56 \text{ м³}$

$\eta(\text{C}) = 95\%$

Перевод в систему СИ не требуется, так как объем уже дан в м³. Молярный объем при нормальных условиях (н.у.) составляет $V_m = 22.4 \cdot 10^{-3} \text{ м³/моль}$.

Найти:

$m_{практ}(\text{C}) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества (моль) метана, вступившего в реакцию. Расчет ведем, принимая условия нормальными (н.у.):

$n(CH_4) = \frac{V(CH_4)}{V_m} = \frac{56 \text{ м³}}{22.4 \cdot 10^{-3} \text{ м³/моль}} = 2500 \text{ моль}$

2. Согласно уравнению реакции $CH_4 \rightarrow C + 2H_2$, из 1 моль метана образуется 1 моль углерода (сажи). Следовательно, соотношение количеств веществ метана и углерода равно 1:1.

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

3. Рассчитаем теоретическую массу сажи, которая могла бы образоваться при 100% выходе. Молярная масса углерода $M(C) = 12 \text{ г/моль}$.

$m_{теор}(\text{C}) = n_{теор}(\text{C}) \cdot M(\text{C}) = 2500 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 30000 \text{ г} = 30 \text{ кг}$

4. Рассчитаем практическую массу сажи с учетом выхода продукта реакции, который составляет 95% (или 0.95 в долях).

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

Ответ: масса образующейся сажи составляет 28.5 кг.