Kwalifikacje w Zawodzie - Testy zawodowe online | Egzaminy Zawodowe

KWALIFIKACJA CHM2 - STYCZEŃ 2021



PYTANIE NR 10.
500 m3 oczyszczonego gazu ziemnego, który zawiera 98% CH4 poddano procesowi półspalania. Reakcja zachodzi zgodnie z równaniem: CH4 + 1,5O2 → CO + 2H2O Zapotrzebowanie na tlen w tym procesie wynosi
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Dla gazów w tych samych warunkach T i p objętość jest proporcjonalna do liczby moli.
CH4 stanowi 98% z 500 m3, czyli 490 m3. Ze stechiometrii reakcji 1 mol (objętość) CH4 wymaga 1,5 mola (objętości) O2, więc 490·1,5 = 735 m3 tlenu.

Pełne wyjaśnienie:

W zadaniu podano 500 m3 oczyszczonego gazu ziemnego zawierającego 98% CH4, a następnie równanie półspalania (utleniania częściowego):
CH4 + 1,5 O2 → CO + 2 H2O.

Krok 1: wyznaczenie objętości metanu w mieszaninie.
Skoro metan stanowi 98% objętości mieszaniny, to jego objętość wynosi:
500 m3 · 0,98 = 490 m3 CH4.

Krok 2: użycie stechiometrii reakcji.
Współczynniki stechiometryczne mówią, że na 1 "część" CH4 potrzeba 1,5 "części" O2. Dla gazów (w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia) można te "części" traktować jako molowe, a więc także jako objętościowe, ponieważ objętość jest proporcjonalna do liczby moli (prawo Avogadra).

Krok 3: obliczenie zapotrzebowania na tlen.
Zatem objętość tlenu potrzebna do półspalania 490 m3 metanu to:
490 m3 · 1,5 = 735 m3 O2.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • "700 m3" sugeruje zaniżenie zapotrzebowania na tlen, często wynikające z nieuwzględnienia współczynnika 1,5 albo z błędu rachunkowego po uwzględnieniu 98% CH4.
  • "750 m3" odpowiadałoby w przybliżeniu przyjęciu 500 m3 czystego CH4 (500·1,5), czyli pominięciu informacji o 98% zawartości metanu.
  • "765 m3" może wynikać z omyłkowego użycia 510 m3 jako objętości CH4 lub z niepoprawnego zaokrąglania/proporcji; nie zgadza się jednak z danymi 500 m3 i 98%.

Wskazówka egzaminacyjna: w zadaniach gazowych zawsze sprawdź, czy procent dotyczy mieszaniny (tu: 98% z 500 m3) oraz czy wolno porównywać objętości przez współczynniki reakcji (tak, gdy zakładamy te same warunki T i p).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Jak obliczyć zapotrzebowanie tlenu przy półspalaniu metanu?
Ustal objętość (lub liczbę moli) CH4 w mieszaninie, a potem użyj współczynnika z równania reakcji. Dla reakcji CH4 + 1,5 O2 → CO + 2 H2O na 1 mol/objętość metanu potrzeba 1,5 mola/objętości tlenu (przy tych samych T i p).
Dlaczego procent CH4 w gazie ziemnym liczy się od całej objętości mieszaniny?
Podane 98% oznacza zwykle udział objętościowy (dla gazów równy udziałowi molowemu przy tych samych warunkach). Dlatego najpierw mnożysz całkowitą objętość mieszaniny przez 0,98, aby dostać objętość odpowiadającą samemu CH4, a dopiero potem wykonujesz stechiometrię.
Co to jest półspalanie metanu w praktyce przemysłowej?
Półspalanie (utlenianie częściowe) to proces, w którym metan utlenia się niedomiarowo do CO zamiast do CO2. Jest to jeden ze sposobów otrzymywania gazu syntezowego (CO + H2), ważnego surowca do dalszych syntez w przemyśle chemicznym.
Jakie są najczęstsze błędy w zadaniach z objętościami gazów i stechiometrią?
Najczęściej: pomijanie składu mieszaniny (traktowanie 500 m3 jak czystego CH4), mylenie półspalania ze spalaniem całkowitym oraz użycie złego współczynnika stechiometrycznego (np. 2 zamiast 1,5). Częsty jest też błąd zaokrągleń bez kontroli sensu wyniku.
Czy można liczyć na objętościach zamiast na molach w takich zadaniach?
Tak, ale pod warunkiem, że porównujesz gazy w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia (prawo Avogadra). Wtedy stosunki molowe z równania reakcji są równe stosunkom objętości. Gdy warunki są różne, trzeba przeliczać przez równanie gazu doskonałego.
Dlaczego w reakcji CH4 zużywa się dokładnie 1,5 O2?
Współczynnik 1,5 wynika ze zbilansowania atomów: po lewej ma być tyle samo C, H i O co po prawej. Dla 1 cząsteczki CH4 powstaje 1 CO (1 atom O) i 2 H2O (2 atomy O), łącznie 3 atomy tlenu, czyli 1,5 cząsteczki O2.
Jak sprawdzić, czy wynik zapotrzebowania na tlen ma sens fizyczny?
Porównaj rząd wielkości: skoro na 1 objętość CH4 potrzeba 1,5 objętości O2, to wynik musi być większy niż objętość samego CH4. Dodatkowo, jeśli CH4 jest 98% z 500 m3, to tlen powinien wyjść nieco mniejszy niż 500·1,5.
Kiedy w technologii chemicznej używa się obliczeń stechiometrycznych dla gazów?
Gdy planujesz zużycie surowców i utleniacza, dobierasz nadmiar reagentu, prowadzisz bilans materiałowy instalacji lub kontrolujesz parametry procesu (np. ilość tlenu doprowadzanego do reaktora). W gazach często liczy się na molach lub objętościach, bo łatwo je mierzyć przepływomierzami.
Jaką rolę odgrywają warunki normalne przy podawaniu m3 gazu?
Objętość gazu zależy od temperatury i ciśnienia, więc "m3 gazu" bywa niejednoznaczne bez warunków odniesienia. W zadaniach szkolnych zwykle zakłada się te same warunki (często umowne/normalne), aby można było stosować proste proporcje stechiometryczne bez dodatkowych przeliczeń.
Czy obecność 2% innych składników gazu ziemnego wpływa na obliczenia tlenu?
W tym typie zadania przyjmuje się, że tylko CH4 reaguje, a pozostałe składniki są obojętne (nie zużywają tlenu w rozpatrywanej reakcji). Dlatego do zapotrzebowania na tlen bierze się wyłącznie objętość metanu wynikającą z 98% całkowitej objętości mieszaniny.
info

Statystycznie 48% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że dla gazów w tych samych warunkach T i p objętość jest proporcjonalna do liczby moli.CH4 stanowi 98% z 500 m3, czyli 490 m3.

Źródła:

  • OpenStax Chemistry 2e, Chapter 4 "Stoichiometry of Chemical Reactions" (sections on stoichiometric coefficients and reacting quantities), https://openstax.org/details/books/chemistry-2e - accessed 2026-02-27
  • OpenStax Chemistry 2e, Chapter 10 "Gases" (mole-volume relationships; Avogadro’s law context), https://openstax.org/details/books/chemistry-2e - accessed 2026-02-27
  • IUPAC Gold Book: entry "Avogadro law", https://goldbook.iupac.org/terms/view/A00500 - accessed 2026-02-27

Materiały:

  • Rozdziały z chemii ogólnej: stechiometria i prawa gazowe
  • Zadania rachunkowe z bilansów materiałowych dla gazów (mieszaniny, udziały objętościowe)
  • Materiały do technologii chemicznej: utlenianie częściowe węglowodorów i bilanse procesowe
Zobacz też:

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego