Question

温玉

画像の問題の解説お願いします

(C) 次の文章を読み, 以下の問いに答えよ。 ただし, 原子量はH=1.0, C=12, O=16
とする。
物質量の比でメタンが 80%と水素が 20%からなる混合気体 A とメタンが 60%と水素が
40%からなる混合気体Bがある。最初に, 0.50mol の混合気体Aを1.0mol の酸素と混合し
て,密閉した容器(a)内で燃焼させたところ, 水素とのメタンは完全燃焼した。 次に, 0.50mol
の混合気体Bを 0.60mol の酸素と混合して, 密閉した容器(b)内で燃焼させたところ, すべ
ての酸素は消費された。 このとき, すべての水素と一部のメタンは完全燃焼したが, @残り
のメタンは酸素不足のために完全燃焼できず一酸化炭素を生じた。
問1 下線部のの化学反応式を示せ。
問2 燃焼後の容器(a)に含まれる酸素の物質量 [mol]を有効数字2桁で答えよ。
問3 下線部のの化学反応式を示せ。
問4 燃焼後の容器(b)に含まれる一酸化炭素, 二酸化炭素および水,それぞれの質量[g]を
求め,小数点以下第1位までの数字で答えよ。

Answer 1

mo1

【必要な化学反応式】
2H₂＋O₂→2H₂O
CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂O
2CH₄＋3O₂→2CO＋4H₂O
【準備】
気体Ａ：メタンと水素の物質量の比が、80％：20％＝4：1
気体Ｂ：メタンと水素の物質量の比が、60％：40％＝3：2
―――――――――――――――――――――――――――――――――
①0.5molの混合気体Ａ[メタン0.4molと水素0.1mol]を
　1.0molの酸素と混合し密閉した容器(a)内で燃焼

全て0.1molのH₂が完全燃焼････0.1molH₂＋0.05molO₂→0.1molH₂O
全て0.4molのCH₄が完全燃焼･･･0.4molCH₄＋0.8molO₂→0.4molCO₂＋0.8molH₂O

　　使用したO₂は、0.05＋0.8＝0.85mol
　　残ったO₂は、1－0.85＝0.15mol

②0.5molの混合気体Ｂ[メタン0.3molと水素0.2mol]を
　0.6molの酸素と混合し密閉した容器(b)内で燃焼

全て0.2molのH₂が完全燃焼････0.2molH₂＋0.1molO₂→0.2molH₂O

　残りのO₂0.4molが全てCH₄と反応したとすると

一部CH₄が完全燃焼･･･0.1molCH₄＋0.1molO₂→0.1molCO₂＋0.2molH₂O
一部CH₄が不完全燃焼･･･0.2molCH₄＋0.3molO₂→0.2molCO＋0.4molH₂O

―――――――――――――――――――――――――――――――――
●答え(有効数字等は適当に処理してください)
問1 CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂O
問2 0.15mol
問3 2CH₄＋3O₂→2CO＋4H₂O
問4 0.2molCO(5.6g)、0.1molCO₂(4.0g)、0.6molH₂O(10.8g)

mo1

補足
気体Bで、CH₄の完全燃焼と不完全燃焼の割合
★全てのCH₄と残ったO₂が、反応し、CH₄が残らないとした場合なので
molで、完全燃焼：不完全燃焼＝amol：bmol　として
【CH₄について、a＋b＝0.3】【O₂について、a＋1.5b＝0.4】
これを解いて、a＝0.1、b＝0.2

温玉

ありがとうございます。②のCH4の化学反応式の係数はどのように求めればいいですか？

“残りのO₂0.4molが全てCH₄と反応したとすると
一部CH₄が完全燃焼･･･0.1molCH₄＋0.1molO₂→0.1molCO₂＋0.2molH₂O
一部CH₄が不完全燃焼･･･0.2molCH₄＋0.3molO₂→0.2molCO＋0.4molH₂O”

この部分の求め方を教えてほしいです🙏

mo1

★全てのCH₄と残ったO₂が、反応し、CH₄が残らないとした場合なので

完全燃焼したCH₄を(a)mol、不完全燃焼したCH₄を(b)mol　として

完全燃焼と不完全燃焼の化学反応式の係数の比から考えて

完全燃焼･････(a)molCH₄＋(a)molO₂→(a)molCO₂＋(2a)molH₂O
不完全燃焼･･･(b)molCH₄＋(1.5b)molO₂→(b)molCO₂＋(2b)molH₂O

CH₄について考えると全体で0.3molあるので、(a)mol＋(b)mol＝0.3mol
O₂について考えるとH₂に使われなかった残り0.4molを使うので、(a)mol＋(1.5b)mol＝0.4mol

a，bについての連立を解いて、a＝0.1、b＝0.2