Сколько литров водорода вступит в реакцию с 11,2 л углекислого газа, если в результате образуется 11,2 л метана СH4 ? Объёмы газов измерены при нормальных условиях. 4Н2 (г) + СО2 (г) = CH4 (г) + 2Н2О (г) Найдите отношение объёмов газов, участвующих в химической реакции.

Для решения данной задачи необходимо воспользоваться законом Авогадро и уравнением химической реакции.

Закон Авогадро гласит, что в равных объемах газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое количество вещества (молей).

Уравнение химической реакции:

$$ 4H_2 (г) + CO_2 (г) = CH_4 (г) + 2H_2O (г) $$

Из уравнения реакции видно, что 4 моля водорода (H₂) реагируют с 1 молем углекислого газа (CO₂), образуя 1 моль метана (CH₄) и 2 моля воды (H₂O).

Шаг 1. Определим количество молей метана, образовавшегося в реакции.

Дано: Объем метана (CH₄) = 11,2 л

Молярный объем газа при нормальных условиях (Vm) = 22,4 л/моль

Количество молей метана (ν(CH₄)) можно рассчитать по формуле:

$$ ν(CH_4) = \frac{V(CH_4)}{V_m} $$ $$ ν(CH_4) = \frac{11.2 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.5 \text{ моль} $$

Шаг 2. Определим количество молей углекислого газа, вступившего в реакцию.

Согласно уравнению реакции, на образование 1 моля метана требуется 1 моль углекислого газа. Следовательно, если образовалось 0,5 моль метана, то в реакцию вступило 0,5 моль углекислого газа.

$$ n(CO_2) = 0.5 \text{ моль} $$

Шаг 3. Определим количество молей водорода, вступившего в реакцию.

Согласно уравнению реакции, на 1 моль углекислого газа требуется 4 моля водорода. Следовательно, для реакции с 0,5 моль углекислого газа потребуется:

$$ n(H_2) = 4 (CO_2) $$ $$ n(H_2) = 4 \cdot 0.5 \text{ моль} = 2 \text{ моль} $$

Шаг 4. Определим объем водорода, вступившего в реакцию.

Объем водорода (V(H₂)) можно рассчитать по формуле:

$$ V(H_2) = ν(H_2) \cdot V_m $$ $$ V(H_2) = 2 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 44.8 \text{ л} $$

Шаг 5. Найдите отношение объёмов газов, участвующих в химической реакции.

Отношение объемов водорода и углекислого газа:

$$\frac{V(H_2)}{V(CO_2)} = \frac{44.8 \text{ л}}{11.2 \text{ л}} = 4 $$

Отношение объемов водорода и метана:

$$\frac{V(H_2)}{V(CH_4)} = \frac{44.8 \text{ л}}{11.2 \text{ л}} = 4 $$

Ответ: 44.8 л