화학량론. 메테인과 물의 반응은 연료로 사용하기 위한 수소

화학량론. 메테인과 물의 반응은 연료로 사용하기 위한 수소

 

 

메테인과 물의 반응은 연료로 사용하기 위한 수소를 만들어내는 한 가지 방법이다.

CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g)

995 g의 CH4와 2510 g의 물로 반응을 시작하였을 때

1. 생성될 수 있는 H2의 최대 질량은 얼마인가?

2. 반응이 완결되었을 때 남아있는 과량 반응물의 질량은 얼마인가?

 

 

The reaction of methane and water is one way to prepare hydrogen for use as a fuel:

CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g)

If you begin with 995 g of CH4 and 2510 g of water,

a) Which reactant is the limiting reactant?

b) What is the maximum mass of H2 that can be prepared?

c) What mass of the excess reactant remains when the reaction is completed?

 

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각 반응물의 몰수를 계산하면,

> 995 g CH4의 몰수 = 995 g / (16 g/mol) = 62.2 mol CH4

> 2510 g H2O의 몰수 = 2510 g / (18 g/mol) = 139.4 mol H2O

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

 

CH4 + H2O → CO + 3H2

 

CH4 : H2O = 1 : 1 계수비(= 몰수비) 이므로,

62.2 mol CH4와 화학량론적으로 반응하는 H2O의 몰수를 계산하면,

CH4 : H2O = 1 : 1 = 62.2 mol : ? mol

 

? = 62.2 mol H2O

---> H2O는 이만큼 있다, 반응하고도 남는다?

---> H2O = 과잉 반응물. 따라서 CH4 = 한계 반응물.

( 참고: 한계 반응물 https://ywpop.tistory.com/3318 )

( 상식적으로 생각해봐도, 공짜나 다름없는 물을 과잉으로 사용하겠다. )

---> 한계 반응물이 결정되었으므로,

139.4 mol H2O와 화학량론적으로 반응하는 CH4의 몰수는 계산할 필요가 없다.

 

 

 

생성물의 양은 한계 반응물의 양에 의해 결정되고,

CH4 : H2 = 1 : 3 계수비(= 몰수비) 이므로,

62.2 mol CH4가 화학량론적으로 반응했을 때 생성되는 H2의 몰수를 계산하면,

CH4 : H2 = 1 : 3 = 62.2 mol : ? mol

 

? = 3 × 62.2 = 187 mol H2

 

 

 

H2의 몰질량 = 2 g/mol 이므로,

187 mol H2의 질량을 계산하면,

187 mol × (2 g/mol) = 374 g H2

 

 

 

62.2 mol CH4와 반응한 H2O의 몰수 = 62.2 mol 이므로,

반응 후 남아있는 과잉 반응물의 몰수와 질량을 계산하면,

> 139.4 mol - 62.2 mol = 77.2 mol H2O

> 77.2 mol × (18 g/mol) = 1390 g H2O

 

 

 

답: a) CH4, b) 374 g H2, c) 1390 g H2O

 

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/8856 ] 1.39 mol H2와 3.44 mol N2를 반응시켰다. 만들 수 있는 NH3는 몇 g이고, 반응 후 어떤 반응물이 남는가?

 

 

 

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