Определить объем и состав продуктов горения 10 кг древесины составаC–49%,H–6%,O–44%, N–1%,еслитемпературагорения 1250 К, коэффициент избытка...
Условие:
Определить объем и состав продуктов горения 10 кг древесины составаC–49%,H–6%,O–44%, N–1%,еслитемпературагорения 1250 К, коэффициент избытка воздуха 1,6.
Решение:
Для определения объема и состава продуктов горения древесины, мы можем использовать уравнение сгорания и данные о составе древесины.
Сначала определим количество кислорода, необходимого для полного сгорания древесины. Для этого воспользуемся уравнением:
C + O2 -> CO2
Известно, что в древесине содержится 49% углерода (C) и 44% кислорода (O). Предполагая, что вся древесина сгорает полностью, мы можем рассчитать количество кислорода, необходимого для сгорания 10 кг древесины:
Масса кислорода = 10 кг * 0,44 = 4,4 кг
Теперь рассчитаем количество кислорода, содержащегося в воздухе, используя коэффициент избытка воздуха. Коэффициент избытка воздуха 1,6 означает, что воздух содержит 1,6 раза больше кислорода, чем необходимо для полного сгорания:
Масса кислорода в воздухе = 4,4 кг / 1,6 = 2,75 кг
Теперь мы можем рассчитать количество кислорода, которое будет избыточным:
Избыточный кислород = 4,4 кг - 2,75 кг = 1,65 кг
Теперь, зная количество избыточного кислорода, мы можем рассчитать количество азота (N), содержащегося в воздухе. Обычно воздух состоит примерно из 78% азота:
Масса азота в воздухе = 1,65 кг / 0,78 = 2,12 кг
Теперь мы можем рассчитать объем продуктов горения, используя закон Лавуазье:
Объем продуктов горения = Объем кислорода + Объем азота
Объем кислорода = Масса кислорода / плотность кислорода Объем азота = Масса азота / плотность азота
Плотность кислорода при нормальных условиях составляет около 1,429 г/л, а плотность азота - около 1,251 г/л.
Объем кислорода = 4,4 кг / 1,429 г/л = 3077 л Объем азота = 2,12 кг / 1,251 г/л = 1696 л
Объем продуктов горения = 3077 л + 1696 л = 4773 л
Теперь рассмотрим состав продуктов горения. Поскольку древесина содержит углерод, вода и углекислый газ будут основными продуктами горения.
Углекислый газ (CO2) образуется при сгорании углерода:
C + O2 -> CO2
Водяной пар (H2O) образуется при сгорании водорода:
2H2 + O2 -> 2H2O
С учетом состава древесины, мы можем рассчитать количество углекислого газа и водяного пара, образующихся при сгорании 10 кг древесины.
Масса углерода = 10 кг * 0,49 = 4,9 кг Масса водорода = 10 кг * 0,06 = 0,6 кг
Масса углекислого газа = Масса углерода * молярная масса CO2 / молярная масса C Масса водяного пара = Масса водорода * молярная масса H2O / молярная масса H2
Молярная масса CO2 = 44 г/моль Молярная масса C = 12 г/моль Молярная масса H2O = 18 г/моль Молярная масса H2 = 2 г/моль
Масса углекислого газа = 4,9 кг * 44 г/моль / 12 г/моль = 18,03 кг Масса водяного пара = 0,6 кг * 18 г/моль / 2 г/моль = 5,4 кг
Теперь мы можем рассчитать объем углекислого газа и водяного пара, используя их молярные объемы при нормальных условиях (22,4 л/моль):
Объем углекислого газа = Масса углекислого газа / молярная масса CO2 * молярный объем Объем водяного пара = Масса водяного пара / молярная масса H2O * молярный объем
Объем углекислого газа = 18,03 кг / 44 г/моль * 22,4 л/моль = 9 137 л Объем водяного пара = 5,4 кг / 18 г/моль * 22,4 л/моль = 6 720 л
Таким образом, объем углекислого газа и водяного пара, образующихся при сгорании 10 кг древесины, составляет 9 137 л и 6 720 л соответственно.