Для решения этой задачи нам нужно использовать химическое уравнение реакции синтеза метанола. В этой реакции угарный газ (СО) и водород (H2) реагируют и образуют метанол (CH3OH). Уравнение реакции выглядит следующим образом:
CO + 2H2 -> CH3OH
Теперь мы можем использовать пропорцию между объемами газов и их соответствующими молярными коэффициентами, чтобы рассчитать количество вещества каждого из реагентов:
n(CO) / V(CO) = n(CH3OH) / V(CH3OH)
n(H2) / V(H2) = n(CH3OH) / V(CH3OH)
где n - количество вещества, V - объем.
Замечание: объемы газов приведены в условных единицах (н.у.), что означает, что они стандартные условия (обычно 0 °С и 1 атм).
Давайте найдем количество вещества CH3OH с помощью известных объемов угарного газа и водорода. Молярные коэффициенты для каждого реагента и продукта можно найти в уравнении реакции:
1 моль CO соответствует 1 моль CH3OH
1 моль H2 соответствует 1 моль CH3OH
n(CO) = V(CO) / V(н.у.) # количество вещества CO
n(H2) = V(H2) / V(н.у.) # количество вещества H2
Теперь, чтобы найти количество метанола, мы должны использовать меньшее значение количества вещества из обеих реагентов, так как он будет ограничивать реакцию. Это называется ограничивающим реагентом.
n(CH3OH) = min(n(CO), n(H2))
Наконец, умножим количество вещества CH3OH на его молярную массу, чтобы найти массу метанола:
CO + 2H2 -> CH3OH
Теперь мы можем использовать пропорцию между объемами газов и их соответствующими молярными коэффициентами, чтобы рассчитать количество вещества каждого из реагентов:
n(CO) / V(CO) = n(CH3OH) / V(CH3OH)
n(H2) / V(H2) = n(CH3OH) / V(CH3OH)
где n - количество вещества, V - объем.
Замечание: объемы газов приведены в условных единицах (н.у.), что означает, что они стандартные условия (обычно 0 °С и 1 атм).
Давайте найдем количество вещества CH3OH с помощью известных объемов угарного газа и водорода. Молярные коэффициенты для каждого реагента и продукта можно найти в уравнении реакции:
1 моль CO соответствует 1 моль CH3OH
1 моль H2 соответствует 1 моль CH3OH
n(CO) = V(CO) / V(н.у.) # количество вещества CO
n(H2) = V(H2) / V(н.у.) # количество вещества H2
Теперь, чтобы найти количество метанола, мы должны использовать меньшее значение количества вещества из обеих реагентов, так как он будет ограничивать реакцию. Это называется ограничивающим реагентом.
n(CH3OH) = min(n(CO), n(H2))
Наконец, умножим количество вещества CH3OH на его молярную массу, чтобы найти массу метанола:
масса(CH3OH) = n(CH3OH) * молярная масса(CH3OH)
Молярная масса метанола (CH3OH) равна:
12.01 г/моль (C) + 1.01 г/моль (H) + 16.00 г/моль (O) + 1.01 г/моль (H) = 32.04 г/моль
Теперь, когда у нас есть все необходимые формулы и данные, давайте приступим к вычислениям:
Для рассчета количества вещества CO:
n(CO) = V(CO) / V(н.у.)
n(CO) = 2.688 м / 22.4 л/моль (это значение в н.у.) = 0.12 моль CO
Для расчета количества вещества H2:
n(H2) = V(H2) / V(н.у.)
n(H2) = 4.032 м / 22.4 л/моль (это значение в н.у.) = 0.18 моль H2
Теперь найдем количество массы метанола, используя ограничивающий реагент:
n(CH3OH) = min(n(CO), n(H2)) = min(0.12 моль, 0.18 моль) = 0.12 моль CH3OH
Масса метанола:
масса(CH3OH) = n(CH3OH) * молярная масса(CH3OH)
масса(CH3OH) = 0.12 моль * 32.04 г/моль = 3.85 г
Таким образом, масса метанола, полученного в процессе синтеза, составляет 3.85 г.