На сколько отличается масса покоя продуктов сгорания 5 кг каменного угля от массы покоя веществ, вступивших в реакцию?

Масса покоя продуктов сгорания 5 кг каменного угля будет отличаться от массы веществ, вступивших в реакцию, из-за того, что в процессе сгорания угля происходит химическая реакция с кислородом из воздуха, в результате которой углерод (С) из угля соединяется с кислородом (О2), образуя углекислый газ (CO2) и воду (H2O).

Исходя из уравнения реакции сгорания угля:

$C + O_2 \rightarrow CO_2$

В ходе этой реакции углерод из угля связывается с кислородом из воздуха. При этом масса кислорода, который реагирует с углем, также увеличивает общую массу продуктов сгорания.

Чтобы оценить изменение массы, нужно рассчитать, сколько кислорода вступает в реакцию с углем. Примерно:

1. 12 г углерода (С) реагируют с 32 г кислорода (O2) для образования 44 г углекислого газа (CO2).

2. Если взять 5 кг угля, то нужно вычислить, сколько кислорода вступит в реакцию и сколько получится углекислого газа.

Для 5 кг угля (5000 г):

• Количество углерода в угле — это приблизительно 80% от массы угля (в зависимости от типа угля). Это составляет 4000 г углерода.

• Из расчета по уравнению реакции, для 12 г углерода требуется 32 г кислорода. Таким образом, для 4000 г углерода потребуется 4000 × (32 / 12) = 10667 г кислорода.

Теперь масса продуктов сгорания: углерод соединяется с кислородом, образуя углекислый газ. То есть масса углекислого газа будет равна 4000 г углерода плюс 10667 г кислорода, что в сумме дает 14667 г углекислого газа (или 14,667 кг).

Таким образом, масса покоя продуктов сгорания (углекислого газа) составит 14,667 кг, а масса исходных веществ (5 кг угля и кислорода, которого было добавлено 10,667 кг) — 15,667 кг.

Результат: масса продуктов сгорания (углекислый газ) будет меньше массы исходных веществ на 1 кг. Это связано с тем, что при сгорании угля образуются продукты, которые весят меньше, чем исходные вещества (уголь и кислород), в частности, за счет того, что часть массы углерода в процессе реакции с кислородом уходит в виде энергии (теплотворная способность угля).