1. Какой количество воздуха потребуется для полного горения угля массой 30 кг, если состав угля следующий: 82,2%

Magicheskiy_Samuray

5

1. Чтобы решить эту задачу, нам нужно определить количество воздуха, необходимое для полного горения угля массой 30 кг. Для этого мы должны знать, что для полного горения угля требуется определенное соотношение между углем и кислородом в воздухе.

В составе воздуха есть только 21% кислорода, но нам также известно, что в составе угля всего 4% кислорода. Поэтому нам нужно знать, сколько кислорода содержится в 30 кг угля.

Масса кислорода в 30 кг угля составляет:
\[0.04 \times 30\, \text{кг} = 1.2\, \text{кг}\]

Известно, что для полного горения 1 кг угля требуется 4 кг кислорода. Таким образом, общая масса кислорода, необходимого для полного горения 30 кг угля, равна:
\[4 \times 30\, \text{кг} = 120\, \text{кг}\]

Теперь мы можем определить массу азота в воздухе, так как изначально было указано, что в составе угля содержится 1.2% азота.

Масса азота в 30 кг угля составляет:
\[0.012 \times 30\, \text{кг} = 0.36\, \text{кг}\]

Так как состав воздуха известен (21% кислорода и 78% азота), мы можем вычислить общий объем воздуха, необходимый для полного горения 30 кг угля.

Общая масса кислорода и азота:
\[120\, \text{кг} + 0.36\, \text{кг} = 120.36\, \text{кг}\]

Теперь мы можем использовать молярные массы кислорода и азота, чтобы определить количество вещества (в молях) кислорода и азота:
\[\text{Молярная масса кислорода (O2)} = 32\, \text{г/моль}\]
\[\text{Молярная масса азота (N2)} = 28\, \text{г/моль}\]

Молярная масса смеси (кислород + азот):
\[32 \times \left(\frac{120}{32}\right) + 28 \times \left(\frac{0.36}{28}\right) = 120.36\, \text{г}\]

Теперь мы можем использовать идеальный газовый закон, чтобы определить объем воздуха, необходимый для полного горения 30 кг угля при заданных условиях (нормальных условиях, при которых давление составляет 1 атмосферу и температура 298 Кельвинов).

\[\text{Объем воздуха} = \frac{\text{масса воздуха}}{\text{плотность воздуха}}\]

Плотность воздуха при нормальных условиях составляет приблизительно 1.225 г/л или 0.001225 кг/л.

\[\text{Объем воздуха} = \frac{120.36\, \text{г}}{0.001225\, \text{кг/л}} = 98399.18\, \text{л}\]

Таким образом, для полного горения угля массой 30 кг потребуется примерно 98399.18 литров воздуха.

2. Для решения этой задачи нужно найти объем метана и ацетилена, который необходимо сжечь, чтобы выделилось 5000 кДж теплоты. Мы знаем, что для каждого вида горения выделяется определенное количество энергии, и даны термохимические уравнения реакций.

a) Для горения метана (CH4):
\[CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 880 \, \text{кДж}\]

Так как мы хотим выделить 5000 кДж теплоты, мы можем использовать пропорцию, чтобы найти количество метана (CH4):

\[\frac{880 \, \text{кДж}}{1 \, \text{моль CH4}} = \frac{5000 \, \text{кДж}}{x}\]

Решая уравнение, мы получаем:

\[x = \frac{5000 \, \text{кДж}}{880 \, \text{кДж/моль CH4}} = 5.68 \, \text{моль CH4}\]

Теперь мы можем использовать молярную массу метана (CH4), чтобы вычислить объем метана:

\[\text{Молярная масса метана} = 16.04 \, \text{г/моль}\]

\[\text{Объем метана} = 5.68 \, \text{моль} \times 16.04 \, \text{г/моль} = 90.9632 \, \text{г}\]

b) Для горения ацетилена (C2H2):
\[2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O + 3000 \, \text{кДж}\]

Используя пропорцию, чтобы найти количество ацетилена (C2H2), которое необходимо сжечь, чтобы выделить 5000 кДж теплоты:

\[\frac{3000 \, \text{кДж}}{1 \, \text{моль C2H2}} = \frac{5000 \, \text{кДж}}{x}\]

Решая уравнение, мы получаем:

\[x = \frac{5000 \, \text{кДж}}{3000 \, \text{кДж/моль C2H2}} = 1.67 \, \text{моль C2H2}\]

Теперь мы можем использовать молярную массу ацетилена (C2H2), чтобы вычислить объем ацетилена:

\[\text{Молярная масса ацетилена} = 26.04 \, \text{г/моль}\]

\[\text{Объем ацетилена} = 1.67 \, \text{моль} \times 26.04 \, \text{г/моль} = 43.4068 \, \text{г}\]

Таким образом, чтобы выделить 5000 кДж теплоты, необходимо сжечь примерно 91 грамм метана и 43 грамма ацетилена.