21. Метан

До змісту

Вправа 21.1 Схарактеризуйте фізичні властивості метану, заповнивши таблицю

Характеристика	Опис
Хімічна формула	$CH_4$
Відносна молекулярна маса	$M_r(CH_4)=16$
Колір, запах	Безбарвний, без запаху
Агрегатний стан за звичайних умов	Газоподібний
Температура кипіння	$-161,6^\circ C$
Температура плавлення	$-182,5^\circ C$
Розчинність у воді	Малорозчинний
Густина	$0,662 \text{ г/л}$
Токсичність і вогненебезпечність	Нетоксичний (але за високого вмісту виявляє слабкий наркотичний ефект), вибухонебезпечний

Вправа 21.2

Хімічні рівняння	Умови перебігу
$CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O$	Повне окиснення (за достатньої кількості кисню)
$2CH_4 + 3O_2 = 2CO + 4H_2O$	Неповне окиснення (за нестачі кисню, утворення чадного газу)
$CH_4 + O_2 = C + 2H_2O$	Неповне окиснення (отримання сажі)

Вправа 21.3 Порівняйте фізичні властивості метану, вуглекислого газу та кисню.

Властивість	Метан ( $CH_4$ )	Вуглекислий газ ( $CO_2$ )	Кисень ( $O_2$ )
Густина	0,662 г/л	1,977 г/л	1,43 г/л
Розчинність у воді	0,03 мл/л	880 мл/л	7 мл/л

Який із цих газів має найменшу густину?

Метан.

Найменшу / найбільшу розчинність у воді?

Метан / вуглекислий газ.

Вправа 21.4 Обчисліть масову частку метану у водному розчині за 0°С. Порівняйте з масовою часткою вуглекислого газу та кисню у водному розчині за умови максимального їх розчинення.

Дано:

m(CH_4) = 0,04 \text{ г}

m(CO_2) = 3,5 \text{ г}

m(O_2) = 0,07 \text{ г}

m(H_2O) = 1000 \text{ г}

Знайти:

w(CH_4) - ?

w(CO_2) - ?

w(O_2) - ?

Розв’язання:

Знайдемо масу кожного розчину, додавши масу речовини до маси води:

m(\text{р-ну } CH_4) = 1000 \text{ г} + 0,04 \text{ г} = 1000,04 \text{ г}

m(\text{р-ну } CO_2) = 1000 \text{ г} + 3,5 \text{ г} = 1003,5 \text{ г}

m(\text{р-ну } O_2) = 1000 \text{ г} + 0,07 \text{ г} = 1000,7 \text{ г}

Обчислюємо масові частки:

w(CH_4) = \dfrac{0,04 \text{ г}}{1000,04 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,004\%

w(CO_2) = \dfrac{3,5 \text{ г}}{1003,5 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,349\%

w(O_2) = \dfrac{0,07 \text{ г}}{1000,07 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,007\%

Відповідь: У порядку спадання масової частки: вуглекислий газ, кисень, метан.

Вправа 21.5 За температури 0°С розчинність метану у воді становить 0,04 г на 1 кг води. Обчисліть об’єм метану, який можна виділити з розчину з максимальним умістом метану за такої температури масою 1000 кг.

Дано:

m(CH_4) = 0,04 \text{ г на 1 кг } H_2O

\rho(CH_4) = 0,662 \text{ кг/м}^3

m(\text{розчину}) = 1000 \text{ кг}

Знайти:

V(CH_4) - ?

Розв’язання:

Враховуючи малу концентрацію, приймаємо масу води за 1000 кг.

m(CH_4) = 0,04 \text{ г} \cdot 1000 = 40 \text{ г} = 0,04 \text{ кг}

Обчислюємо об’єм через густину:

V(CH_4) = \dfrac{m(CH_4)}{\rho(CH_4)} = \dfrac{0,04 \text{ кг}}{0,662 \text{ кг/м}^3} = 0,06042 \text{ м}^3 = 60,42 \text{ л}

Відповідь: 60,42 л.

Вправа 21.6 Обчисліть мінімальний об’єм метану (н.у.), виток якого з побутової газової печі зробить повітря на кухні вибухонебезпечним. Прийміть, що площа кухні становить 10 м², висота стелі — 2,5 м, інші дані знайдіть у тексті параграфа.

Дано:

S = 10 \text{ м}^2

h = 2,5 \text{ м}

\varphi(CH_4) = 4,4\% \text{ (вибухонебезпечна межа)}

Знайти:

V(CH_4) - ?

Розв’язання:

Обчислимо об’єм повітря на кухні:

V(\text{повітря}) = S \cdot h = 10 \text{ м}^2 \cdot 2,5 \text{ м} = 25 \text{ м}^3

Обчислимо об’єм метану, що складає 4,4% від об’єму приміщення:

V(CH_4) = \dfrac{V(\text{повітря}) \cdot \varphi(CH_4)}{100\%} = \dfrac{25 \text{ м}^3 \cdot 4,4\%}{100\%} = 1,1 \text{ м}^3

Відповідь: Мінімальний об’єм метану становить 1,1 м³.

Вправа 21.7 2015 року споживання природного газу в Україні становило близько 34 млрд м³ на рік. Знайдіть у тексті параграфа необхідну інформацію та обчисліть, на скільки років Україні вистачить власних розвіданих запасів природного газу за умови споживання на такому самому рівні.

Відомо, що запаси метану в Україні становлять 1500 млрд м³.

\dfrac{1500 \text{ млрд м}^3}{34 \text{ млрд м}^3} = 44,1 \approx 44 \text{ роки}

Відповідь: На 44 роки.

Вправа 21.8 Обчисліть об’єм метану, який можна одержати гідролізом алюміній карбіду масою 360 г.

Дано:

m(Al_4C_3) = 360 \text{ г}

Знайти:

V(CH_4) - ?

Розв’язання:

Обчислимо молярну масу алюміній карбіду:

M(Al_4C_3) = 4 \cdot 27 + 3 \cdot 12 = 108 + 36 = 144 \text{ г/моль}

Знайдемо кількість речовини алюміній карбіду:

n(Al_4C_3) = \dfrac{m(Al_4C_3)}{M(Al_4C_3)} = \dfrac{360 \text{ г}}{144 \text{ г/моль}} = 2,5 \text{ моль}

Запишемо рівняння реакції гідролізу:

Al_4C_3 + 12H_2O = 4Al(OH)_3 + 3CH_4

За рівнянням співвідношення кількості речовини $n(Al_4C_3)$ до $n(CH_4)$ становить 1:3, тому:

n(CH_4) = n(Al_4C_3) \cdot 3 = 2,5 \text{ моль} \cdot 3 = 7,5 \text{ моль}

Обчислимо об’єм метану (н.у.):

V(CH_4) = n(CH_4) \cdot V_m = 7,5 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 168 \text{ л}

Відповідь: 168 л.

Оцініть матеріал

Коментарі

Залишити відповідь: