Метод решения задачи по химии на определение объема газа, образуемого при горении метана

 

Задача может быть осложнена тем, что вместо объема кислорода в условии указан объем воздуха. Например:

Задача 1.
Объем (н.у.) углекислого газа, который образуется при горении 20 л метана (н.у.) в 200 л воздуха (н.у.), равен ... л (запишите число с точностью до целых).
Дано:
объем метана (н.у.): V(СН4) = 20 л;
объем воздуха (н.у.): V(воздуха) = 200 л.
Найти: объем углекислого газа (н.у.):V(СО2) = ?
Решение:
В первую очередь, необходимо учесть, что воздух — это смесь газов, из которых в реакции горения будет принимать участие только кислород. Причем объемная доля О2 в воздухе 21% . На этом основании определяем объем кислорода в воздухе1.

 Составляем пропорцию:
200 л составляют 100% (объем всего воздуха)
х л составляет 21% (объем кислорода в воздухе)
х = 200 л . 21 л/100% = 42 л = V(O2)  содержится в 200л воздуха.
После выявления объема кислорода в воздухе мы получили задачу, совершенно идентичную предыдущей. Здесь нам необходимо определить объем СО2 (н.у.), который выделился
при взаимодействии 20 л метана с 42 л кислорода.
Ход решения задачи
1. Находим количество вещества СН4 и О2, принявших участие в первой реакции:

расчет объема газа, объем воздуха

2. Определяем, какое вещество находится в недостатке. Выберем за основу метан и определим по уравнению реакции количество О2, которое необходимо для полного сгорания 0,893 моль СН4:

расчет объема газа

на 0,893 моль СН4 должно расходоваться х моль О2 (по услов.)
на 1 моль СН4 полностью расходуется 2 моль О2 (по уравн.)
х = 0,893 . 2/1 = 1,786 моль О2 необходимо для полного сгорания  всего СН4.

n(СН4) необходимо

n(СН4) дано по условию

1,786 моль < 1,575 моль

О2 находится в избытке и расходуется не весь в процессе реакции. Поэтому дальнейшие расчеты по уравнению реакции будем проводить по метану.

3. По уравнению реакции, используя значение количества вещества метана, находим объем выделившегося углекислого газа:

Составляем пропорцию:
0,839 моль СН4 дает х л СО2 (по условию)
1 моль СН4 дает 22,4 л СО2 (по уравнению)
x = 0,893  . 22,4/1 = 20,0 л = V(CO2).

Ответ: V(CO2) = 20 л.


Комментарии:
1Физический смысл полученного значения состоит в том, что такой объем занял бы кислород, выделенный из воздуха при тех же условиях.

Источник:
ЕГЭ. Химия. Расчетные задачи в тестах ЕГЭ. Части А, В, С / Д.Н. Турчен. — М.: Издательство «Экзамен», 2009. — 399 [1]с. (Серия «ЕГЭ. 100 баллов»). I8ВN 978-5-377-02482-8.