Как найти объем кислорода при горении

Общая формула циклоалканов CnH2n.

Реакция горения:

CnH2n + 1,5*n О2 ——> n СО2 + n Н2О.

Из уравнения реакции видно, что число молей израсходованного кислорода в 1,5 раза больше числа молей образовавшейся воды. В реакциях с участием газов объёмные соотношения равны мольным. Значит и объём израсходованного кислорода будет в 1,5 раза больше объёма полученных водяных паров. Значит израсходовано 30 мл кислорода.

Здесь есть одна неточность, или условность. В условии указано 20 мл водных паров (н.у). Но при нормальных условиях (0°С, большая часть воды будет в жидкой фазе, и только небольшая часть в виде паров. Равенство мольных и объёмных соотношений нарушится. Но в таких простых задачах условно считается, что даже при нормальных условиях водяной пар имеет свойства идеального газа, и 1 моль (18 г) занимает объём 22,4 л, хотя на самом деле это далеко не так. Вот в этом и заключается условность.

Дано:
m(CH₄)=64г.
Vm=22,4л./моль
—————————
V(O₂) -?
1. Находим молярную массу метана:
M(CH₄)= 12+1×4=16г./моль.
2. Находим количество вещества  n метана в 64г.
n=m÷M       n(CH₄) = m(CH₄) ÷ M(CH₄)=64г.÷16г./моль= 4моль.
3. Запишем уравнение реакции горения метана:
CH₄ +2O₂ = CO₂ + 2H₂O
4. Анализируем уравнение реакции: по уравнению реакции на 1моль метана  требуется 2моль кислорода , а у нас в условии
4моль метана, значит потребуется 8моль кислорода

n(O₂) =8моль
5. Определяем объем кислорода количеством вещества 8 моль:
 V =n х Vm
V(O₂) =n(O₂) х Vm =8моль х 22,4л./моль=179,2 л.
6. Ответ при сжигании 64г. метана необходимо 179,2л.

С целью упрощения
расчёта все горючие вещества разделены
на три типа: индивидуальные, сложные,
смеси горючих газов (табл. 1.2.1).

Таблица 1.2.1

Здесь
-теоретический
объём продуктов горения;-количествоi-го
продукта горения в уравнении реакции,
кмоль;
-количество
горючего, кмоль;-объём
1 кмоля газа;-молекулярная
масса горючего;-объёмi-го
продукта реакции; C,
H,
S,
O,
N
–содержание соответствующих элементов
(углерода, водорода, серы, кислорода и
азота) в горючем веществе, % вес;
-содержаниеi-го
горючего компонента в газовой смеси,
%об.;
—
содержаниеi-го
негорючего компонента в составе газовой
смеси, % об.

Практический
(полный) объём продуктов горения состоит
из теоретического объёма продуктов
горения и избытка воздуха

(1.2.9)

или

(1.2.10)

Состав продуктов
горения, т.е. содержание i-го
компонента определяется по формуле

(1.2.11)

где — содержаниеI
— го компонента в продуктах сгорания, %
об.;

— объём I
— го компонента, м³,
кмоль;

— полный объём
продуктов горения, м³,
кмоль.

При горении в
избытке воздуха в продуктах горения
содержится кислород и азот

(1.2.12)

(1.2.13)

где -теоретический
объём азота в продуктах горения, м³,
кмоль.

(1.2.14)

Примеры

Пример 1. Какое
количество продуктов горения выделится
при сгорании 1м³
ацетилена в воздухе, если температура
горения составила 1450 К.

Решение.

Горючее-индивидуальное
химическое соединение (формула 1.2.1).
Запишем уравнение химической реакции
горения

C₂H₂+O₂+N₂=2CO₂+H₂O+N₂

Объём продуктов
горения при нормальных условиях

м³/м³

Объём продуктов
горения при 1450 К

м³/м³

Пример 2. Определить
объём продуктов горения при сгорании
1 кг фенола, если температура горения
1200 К, давление 95000 Па, коэффициент избытка
воздуха 1,5.

Решение.

Горючее-индивидуальное
химическое соединение(формула 1.2.2).
Запишем уравнение химической реакции
горения

C₆H₅OH+O₂+N₂=6CO₂+3H₂O+N₂

Молекулярная масса
горючего 98.

Теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

м³/кг

Практический объём
воздуха при нормальных условиях

м³/кг

Объём продуктов
горения при заданных условиях

м³/м³

Пример 3. Определить
объём продуктов горения при сгорании
1 кг органической массы состава: С-55%,
О-13%, Н-5%, S-7%,
N-3%,
W
17%, если температура горения 1170 К,
коэффициент избытка воздуха – 1.3.

Решение.

Горючее вещество
сложного состава (формулы 1.2.3 — 1.2.6).
Теоретический состав продуктов горения
при нормальных условиях

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Полный теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

=1+0,8+0,05+4,7=6,55
м³/кг

Практический объём
продуктов горения при нормальных
условиях

=6,55+0,269(1,3-1)=6,55+1,8=8,35
м³/кг

Практический объём
продуктов горения при температуре
горения

=м³/кг.

Пример 4. Рассчитать
объём продуктов горения при сгорании
1м³
газовой смеси, состоящей из С₃Н₆-70%,
С₃Н₈-10%,
СО₂-5%,
О₂-15%,
если температура горения 1300 К, коэффициент
избытка воздуха – 2,8. Температура
окружающей среды 293 К.

Решение.

Горючее — смесь
газов (формула 1.2.7).

Объём продуктов
горения определяется по формуле (1.2.8)

м³/м³

м³/м³

Так как газовая
смесь содержит в составе кислород, он
будет окислять часть горючих компонентов,
следовательно, понизится расход воздуха
(формула 1.1.5).

В этом случае
теоретический объём азота удобнее
определять по формуле (1.2.14)

м³/м³

Теоретический
объём продуктов горения

м³/м³

Практический объём
продуктов горения

Объём продуктов
горения при температуре 1300 К

м³/м³.

Пример 5. Определить
состав продуктов горения метилэтилкетона.

Решение.

При такой постановки
задачи рационально определить
непосредственно из уравнения горения
объём продуктов в кмолях, выделившихся
при сгорании 1 кмоля горючего

,

кмоля;
кмоля;кмоля;кмоля.

По формуле (1.2.11)
находим состав продуктов горения

Пример 6. Определить
объём и состав продуктов горения 1 кг
минерального масла состава: С-85%, Н-15%,
если температура горения 1450 К, коэффициент
избытка воздуха – 1,9.

Решение. По формулам
(1.2.3 — 1.2.6) определим объём продуктов
горения

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

м³/кг

Практический объём
продуктов горения при нормальных
условиях формула (1.2.10)

м³/кг

Объём продуктов
горения при температуре 1450 К

м³/кг

Очевидно, что
состав продуктов горения не зависит от
температуры горения, поэтому целесообразно
определить его при нормальных условиях.
По формулам (1.2.11;1.2.13)

;
;

Пример 7. Определить
количество сгоревшего ацетона, кг, если
объём выделившийся двуокиси углерода,
приведённый к нормальным условиям,
составил 50 м³.

Решение.

Запишем уравнение
реакции горения ацетона в воздухе

Из уравнения
следует, что при горении из 58 кг
(молекулярная масса ацетона) выделяется
м³
двуокиси углерода. Тогда для образования
50 м³
двуокиси углерода должно вступить в
реакцию Мг горючего

кг

Пример 8. Определить
количество сгоревшей органической
массы состава C-58%,
O-22%,
H-8%,
N-2%,
W-10%
в помещении объёмом 350 м³,
если содержание двуокиси углерода
составило 5%.

Решение. Определим
объём выделившейся двуокиси углерода

м³.

По формуле (1.2.6)
для вещества сложного состава определим
объём СО₂,
выделившейся при горении 1 кг горючего,

м³/кг.

Определим количество
сгоревшего вещества

кг.

Пример 9. Определить
время, когда содержание двуокиси углерода
в помещении объёмом 480 м³
в результате горения древесины (C-45%,
H-50%,
O-42%,
W-8%)
составило 8%, если удельная массовая
скорость выгорания древесины 0,008
кг/(м²с),
а поверхность горения 38 м².
При решении газообмен с окружающей
средой не учитывать, разбавлением в
результате выделения продуктов горения
пренебречь.

Решение.

Поскольку не
учитывается разбавление продуктов
горения, определяем объём выделившейся
в результате горения двуокиси углерода,
соответствующей 8% её содержания в
атмосфере

м³

Из выражения
(1.2.3) определим, сколько должно сгореть
горючего материала, чтобы выделился
данный объём двуокиси углерода

кг.

Время горения
определим, исходя из соотношения

,

где — время горения;

Мг
— масса выгоревшей древесины, кг;

— массовая скорость
выгорания древесины, кг/(м²с);

F
— поверхность горения, м²;

мин.

Задание на
самостоятельную работу

Задача 3: Определить
объем продуктов горения при сгорании
1 кг заданного вещества, если тепература
горения … К, давление … мм рт.ст., =
… .

Задача 4: Определить
объем и состав (% об.) продуктов горения,
выделившихся при сгорании 1 м³горючего газа, если температура горения
составила … К, давление … мм рт.ст.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #