El metano CH4 es el principal componente del gas natural. Cuando se quema con oxígeno, forma dióxido de carbono y agua.
a) Escribe y ajusta la reacción.
b) Calcula la masa del dióxido de carbono que se obtiene cuando se quema 1 kg de metano.
c) Calcula la masa de oxígeno que hace falta para quemar 1 kg de metano.
Datos: M(C) = 12 u; M(H) = 1 u; M(O) = 16 u.
a) Ajuste de la reacción de combustión del metano:
La reacción química de la combustión del metano (CH4) con oxígeno (O2) para formar dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) se representa de la siguiente manera:
\[ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \]
b) Calculando la masa de dióxido de carbono (CO2) producida:
Para calcular la masa molar del metano, sumamos las masas atómicas de cada elemento en su fórmula molecular:
\[ M(CH_4) = 12 \, \text{g/mol (C)} + 4 \times 1 \, \text{g/mol (H)} = 16 \, \text{g/mol} \]
De manera similar, calculamos la masa molar del dióxido de carbono:
\[ M(CO_2) = 12 \, \text{g/mol (C)} + 2 \times 16 \, \text{g/mol (O)} = 44 \, \text{g/mol} \]
Calulamos por estequiometría:
\[ 1000 \, {\text{g CH}_4} \times \frac{1 \, \text{mol CH}_4}{16 \, {\text{g CH}_4}} \times \frac{44 \, \text{g CO}_2}{1 \, \text{mol CH}_4} = 2750 \, \text{g CO}_2 \]
Entonces, se obtienen \( 2750 \, \text{g} \) de CO2 al quemar \( 1 \, \text{kg} \) de metano.
c) Calculando la masa de oxígeno (O2) necesaria:
La masa molar del oxígeno es de 32 g/mol (2 átomos de O).
\[ 1000 \, {\text{g CH}_4} \times \frac{2 \, \text{mol O}_2}{1 \, {\text{mol CH}_4}} \times \frac{32 \, \text{g O}_2}{1 \, \text{mol O}_2} = 4000 \, \text{g O}_2 \]
Por lo tanto, se necesitan \( 4000 \, \text{g} \) de O2 para quemar \( 1 \, \text{kg} \) de metano.