Карбон (ІV) оксид можна добути спалюванням вуглецю або метану. Обчисліть, якої речовини й у скільки разів більше (за масою) необхідно для добування карбон (ІV) оксиду об’ємом 28 л (н. у.).

Відомо: V(СO2)=28 л. Знайти: m(С)-?, m(СН4)-?
Розв'язування:
І спосіб
Виразимо об'єм СО2 через кількість речовини (n=V/VМ, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль):
n(СO2)=V(СO2)/VM=28 л:22,4 л/моль=1,25 моль.
Записуємо рівняння реакцій спалювання вуглецю і метану:
С + О2 = СО2
СН4 + 2О2= СО2 + 2Н2О
Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.
За першим рівнянням записуємо співвідношення кількості речовини вуглецю і карбон (IV) оксиду: n(С):n(CO2)=1:1, бачимо, що кількість речовини однакова, тому n(C)=n(CO2)=1,25 моль.
За другим рівнянням реакції записуємо співвідношення кількості речовини метану і карбон (IV) оксиду: n(СН4):n(CO2)=1:1, бачимо, що кількість речовини однакова, тому тому n(CН4)=n(CO2)=1,25 моль.
З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо масу m=n•M
Mr(С)=Ar(С)=12, тому М(С)=12 г/моль,
Mr(СН4)=Ar(С)+4•Ar(Н)=12+4•1=16, тому М(СН4)=16 г/моль,
m(С)=n(С)•M(С)=1,25 моль•12 г/моль=15 г
m(СН4)=n(СН4)•M(СН4)=1,25 моль•16 г/моль=20 г
Визначимо у скільки разів більше необхідно маси метану, ніж маси вуглецю:
m(CH4):M(C)=20 г : 15 г =1,3
Відповідь: у 1,3 рази більше необхідно маси метану, ніж маси вуглецю
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакцій спалювання метану і вуглецю:
С + О2 = СО2
СН4 + 2О2= СО2 + 2Н2О
Співвідношення кількості реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.
За першим рівнянням записуємо співвідношення кількості речовини вуглецю і карбон (IV) оксиду: n(С)/1=n(СO2)/1
За другим рівнянням записуємо співвідношення кількості речовини метану і карбон (IV) оксиду: n(СН4)/1=n(СO2)/1
У цих співвідношеннях замінюємо кількість речовини карбон (IV) оксиду на співвідношення об’ємів (n=V/VM, де VM- постійна величина і за н.у. рівна 22,4 л/моль), а кількість речовини вуглецю і метану — на співвідношення мас (n=m/M, де M=Mr г/моль; Mr(С)=Ar(С)=12, тому М(С)=12 г/моль, Mr(СН4)=Ar(С)+4•Ar(Н)=12+4•1=16, тому М(СН4)=16 г/моль).
m(С)/М(С)=V(СO2)/VM, звідси виражаємо масу вуглецю:
m(С)•Vм=М(С)•V(СO2), тому
m(С)=М(С)•V(СO2):VM=12 г/моль • 28 л : 22,4 л/моль=15 г
m(СН4)/М(СН4))=V(СO2)/VM, звідси виражаємо масу метану:
m(СН4)•Vм=М(СН4)•V(СO2), тому
m(СН4)=М(СН4)•V(СO2):VM=16 г/моль •28 л:22,4 л/моль=20 г
Визначимо у скільки разів більше необхідно маси метану, ніж маси вуглецю:
m(CH4):M(C)=20 г : 15 г =1,3
Відповідь: у 1,3 рази більше необхідно маси метану, ніж маси вуглецю.