Каков объем воздуха, который потребуется для сгорания 1 кг метилового спирта при температуре 20°C и давлении 760 мм рт. ст.?

Физика 11 класс Горение и реакции окисления объём воздуха сгорание метилового спирта 1 кг метанола температура 20°C давление 760 мм рт. ст Новый

Для того чтобы определить объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг метилового спирта (метанола, CH3OH), нужно сначала выяснить, сколько кислорода требуется для полного сгорания этого вещества.

Шаг 1: Определим реакцию сгорания метанола.

Сгорание метанола можно записать следующим образом:

2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

Из уравнения видно, что для сгорания 2 молей метанола необходимо 3 моля кислорода.

Шаг 2: Рассчитаем массу кислорода, необходимую для сгорания 1 кг метанола.

Сначала найдем молекулярную массу метанола:

• C (углерод) = 12 г/моль
• H (водород) = 1 г/моль × 4 = 4 г/моль
• O (кислород) = 16 г/моль

Таким образом, молекулярная масса метанола составляет:

12 + 4 + 16 = 32 г/моль.

Теперь найдем, сколько моль метанола в 1 кг:

1 кг = 1000 г, следовательно:

1000 г / 32 г/моль = 31,25 моль CH3OH.

По уравнению реакции, для 2 моль метанола требуется 3 моль кислорода, значит для 31,25 моль метанола потребуется:

(31,25 моль CH3OH) × (3 моль O2 / 2 моль CH3OH) = 46,875 моль O2.

Шаг 3: Рассчитаем массу кислорода.

Молекулярная масса кислорода (O2) составляет 32 г/моль. Теперь можем найти массу кислорода:

46,875 моль × 32 г/моль = 1500 г = 1,5 кг O2.

Шаг 4: Определим объем кислорода при указанных условиях.

Теперь нужно найти объем кислорода при температуре 20°C и давлении 760 мм рт. ст. Для этого воспользуемся уравнением состояния идеального газа:

PV = nRT, где:

• P - давление (в Паскалях),
• V - объем (в м³),
• n - количество вещества (в моль),
• R - универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(моль·К)),
• T - температура (в К).

Сначала переведем температуру в Кельвины:

T = 20 + 273 = 293 K.

Давление в Паскалях:

P = 760 мм рт. ст. = 760 × 133,322 = 101325 Па.

Теперь подставим значения в уравнение:

V = nRT / P.

n = 46,875 моль, R = 8,31 Дж/(моль·К), T = 293 K, P = 101325 Па.

Подставляем в формулу:

V = (46,875 моль) × (8,31 Дж/(моль·К)) × (293 K) / (101325 Па).

Теперь произведем вычисления:

V ≈ 11,4 м³.

Шаг 5: Учитываем, что воздух состоит из 21% кислорода.

Поскольку воздух содержит около 21% кислорода, необходимо учитывать это при расчете объема воздуха:

V(воздуха) = V(O2) / 0,21.

V(воздуха) ≈ 11,4 м³ / 0,21 ≈ 54,29 м³.

Ответ: Для сгорания 1 кг метилового спирта потребуется приблизительно 54,29 м³ воздуха.