Какой объём водорода выделяется при разложении 29 г бутана

Для того чтобы определить объем водорода, который выделяется при разложении 29 г бутана (C₄H₁₀), нужно сначала понять, какая реакция происходит и какие продукты образуются. Обычно бутан разлагается в результате реакции горения или каталитического крекинга. Рассмотрим оба случая.

1. Горение бутана: Реакция полного сгорания бутана в присутствии кислорода выглядит следующим образом:

   [ 2 \text{C}4\text{H}{10} + 13 \text{O}_2 \rightarrow 8 \text{CO}_2 + 10 \text{H}_2\text{O} ]

   В этой реакции образуется вода, но не выделяется свободный водород. Таким образом, при полном сгорании бутана водород не выделяется.

2. Каталитический крекинг: При каталитическом крекинге бутан может разлагаться на более мелкие углеводороды и водород. Однако состав продуктов может варьироваться в зависимости от условий реакции и используемого катализатора. В общем виде реакция может выглядеть так:

   [ \text{C}4\text{H}{10} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_4 + \text{C}_2\text{H}_6 + \text{H}_2 ]

   Для простоты предположим, что одна молекула бутана разлагается на этилен (C₂H₄), этан (C₂H₆) и водород (H₂). В этом случае из одной молекулы бутана образуется одна молекула водорода.

Теперь рассчитаем, сколько молекул бутана содержится в 29 г:

• Молярная масса бутана (C₄H₁₀) составляет: [ 4 \times 12.01 \, \text{г/моль} + 10 \times 1.01 \, \text{г/моль} = 58.14 \, \text{г/моль} ]

• Количество вещества (моль) в 29 г бутана: [ \frac{29 \, \text{г}}{58.14 \, \text{г/моль}} \approx 0.499 \, \text{моль} ]

Если из одной молекулы бутана выделяется одна молекула водорода, то количество молей водорода также будет приблизительно 0.499 моль.

Теперь рассчитаем объем водорода при нормальных условиях (0°C, 1 атм), где 1 моль газа занимает 22.414 литра:

• Объем водорода: [ 0.499 \, \text{моль} \times 22.414 \, \text{л/моль} \approx 11.18 \, \text{литров} ]

Таким образом, при разложении 29 г бутана может выделиться около 11.18 литров водорода, если предположить, что разложение происходит по указанной схеме крекинга.

Для того чтобы рассчитать объем водорода, который выделяется при разложении 29 г бутана (C4H10), необходимо учитывать стехиометрическое соотношение между реагентами и продуктами реакции.

Сначала составим уравнение реакции разложения бутана:

C4H10 -> 2C2H4 + 2H2

Из уравнения видно, что 1 моль бутана дает 2 моля этилена (C2H4) и 2 моля водорода (H2).

Далее расчитаем количество моль водорода, которое выделяется при разложении 29 г бутана:

Молярная масса бутана (C4H10) = 58 г/моль Молярная масса водорода (H2) = 2 г/моль

Масса 29 г бутана соответствует: 29 г / 58 г/моль = 0.5 моль бутана

Так как каждый моль бутана дает 2 моля водорода, то 0.5 моль бутана даст: 0.5 моль x 2 = 1 моль водорода

Теперь можем рассчитать объем водорода по уравнению идеального газа: V = nRT/P

n - количество моль водорода R - универсальная газовая постоянная (0.0821 Lатм/(мольК)) T - температура в Кельвинах (обычно принимается комнатная температура 298 K) P - давление (обычно принимается атмосферное давление 1 атм)

V = 1 моль x 0.0821 Lатм/(мольК) x 298 K / 1 атм = 24.5 л

Таким образом, при разложении 29 г бутана выделяется 24.5 л водорода.