Какова масса бензола, производимого из 20,16 л метана при нормальных условиях?

Для решения данной задачи, нам понадобятся некоторые физические свойства веществ и знание химической реакции превращения метана в бензол.

Итак, давайте разберемся шаг за шагом:

Шаг 1: Нам необходимо определить количество вещества метана, используя его объем и условия нормальных условий. Нормальные условия предполагают температуру 0°C и давление 1 атмосфера. Воспользуемся уравнением состояния идеального газа:

\[PV = nRT\]

где:
P - давление газа (1 атмосфера),
V - объем газа (20,16 л),
n - количество вещества (мы ищем это значение),
R - универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/моль·К),
T - температура (0°C = 273,15 К).

Теперь мы можем выразить количество вещества метана:

\[n = \frac{{PV}}{{RT}}\]

Подставим значения:

\[n = \frac{{(1 \, \text{атм}) \times (20,16 \, \text{л})}}{{(0,0821 \, \text{л} \cdot \text{атм/моль} \cdot \text{К}) \times (273,15 \, \text{К})}}\]

\[n \approx 0,786 \, \text{моль}\]

Шаг 2: Теперь нам необходимо узнать соотношение между метаном и бензолом в реакции превращения. Реакция выглядит следующим образом:

\[6 \, \text{CH}_4 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_6 + 9 \, \text{H}_2\]

Из уравнения видно, что для образования 1 моль бензола необходимо 6 моль метана.

Шаг 3: Теперь, зная количество вещества метана (0,786 моль) и соотношение с бензолом (6 моль метана = 1 моль бензола), мы можем найти количество вещества бензола:

\[n_{\text{бензола}} = \frac{{0,786 \, \text{моль метана}}}{{6 \, \text{моль метана/моль бензола}}}\]

\[n_{\text{бензола}} \approx 0,131 \, \text{моль}\]

Шаг 4: Наконец, мы можем найти массу бензола, зная его молярную массу. Молярная масса бензола равна 78,11 г/моль.

\[m_{\text{бензола}} = n_{\text{бензола}} \times \text{молярная масса бензола}\]

\[m_{\text{бензола}} = 0,131 \, \text{моль} \times 78,11 \, \text{г/моль}\]

\[m_{\text{бензола}} \approx 10,217 \, \text{г}\]

Итак, масса бензола, производимого из 20,16 л метана при нормальных условиях, составляет около 10,217 грамма.