Каков коэффициент избытка воздуха при сжигании 1 кг уксусной кислоты, если на горение использовалось 6 м3 воздуха?

Сказочный_Факир

45

Для решения данной задачи нам необходимо знать уравнение реакции сгорания уксусной кислоты и уравнение сгорания углеводородов в общем виде.

1. Начнем с уравнения реакции сгорания уксусной кислоты:
\[CH_3COOH + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O\]
Из уравнения видно, что каждая молекула уксусной кислоты требует одну молекулу \(O_2\) для полного сгорания.

2. Дано, что на горение использовалось 6 м\(^3\) воздуха. Воздух состоит преимущественно из азота (\(N_2\)) и кислорода (\(O_2\)) в пропорции 78% и 21% соответственно. Молекулярная масса азота равна 28 г/моль, кислорода - 32 г/моль.

3. Чтобы найти объем воздуха, являющегося кислородом, потребовавшимся для сгорания 1 кг уксусной кислоты, мы должны узнать количество молей \(O_2\), которое требуется для сгорания 1 кг уксусной кислоты. Для этого нам понадобится молярная масса уксусной кислоты.

Молярная масса уксусной кислоты (\(CH_3COOH\)) равна:
\(12 \cdot 2 + 1 \cdot 4 + 16 + 1 = 60\) г/моль

Таким образом, масса 1 моля уксусной кислоты равна 60 г.

4. Получаем количество молей уксусной кислоты в 1 кг:
\(\frac{1000 г}{60 г/моль} \approx 16,67 моль\)

5. Так как каждая молекула уксусной кислоты требует одну молекулу \(O_2\) для полного сгорания, количество молей \(O_2\) равно 16,67.

6. Рассчитаем массу \(O_2\), требуемую для сгорания 16,67 моль:
Молярная масса \(O_2\) равна 32 г/моль.
Масса \(O_2\) равна: \(16,67 моль \cdot 32 г/моль = 533,4 г\)

7. Теперь найдем объем \(O_2\) в стандартных условиях (0°C и 1 атм):
22,4 л газа содержится в 1 моле.
Объем \(O_2\) в стандартных условиях: \(\frac{533,4 г}{32 г/моль} \cdot 22,4 л/моль \approx 372 л\)

То есть, для сгорания 1 кг уксусной кислоты требуется 372 л \(O_2\).

8. Теперь найдем объем и состав продуктов горения.

Исходя из уравнения реакции сгорания уксусной кислоты:
\(CH_3COOH + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O\)

Мы видим, что при полном сгорании 1 моли уксусной кислоты образуется 1 моль \(CO_2\) и 1 моль \(H_2O\).

Таким образом, в результате полного сгорания 16,67 моль уксусной кислоты образуется 16,67 моль \(CO_2\) и 16,67 моль \(H_2O\).

Молярная масса \(CO_2\) равна 44 г/моль, а молярная масса \(H_2O\) равна 18 г/моль.

Для расчета массы продуктов горения уксусной кислоты умножим количество молей на соответствующие молярные массы:

Масса \(CO_2\) равна: \(16,67 моль \cdot 44 г/моль = 733,5 г\)
Масса \(H_2O\) равна: \(16,67 моль \cdot 18 г/моль = 300 г\)

Таким образом, объем продуктов горения составляет 372 л \(CO_2\) и 372 л \(H_2O\), а их массы составляют 733,5 г \(CO_2\) и 300 г \(H_2O\).

Запишем итоговый ответ:
- Коэффициент избытка воздуха при сжигании 1 кг уксусной кислоты равен \(6 - 372 = -366\) л воздуха.
- Объем и состав продуктов горения: 372 л \(CO_2\) и 372 л \(H_2O\), согласно уравнению реакции сгорания уксусной кислоты.