Каков объем продуктов горения, а также содержание паров воды и кислорода при горении 1 кг гексана, гептана, октана

Вероника

56

Чтобы решить задачу о горении различных углеводородов, нам необходимо использовать химические уравнения реакций горения каждого горючего вещества.

1. Гексан (C₆H₁₄):
Уравнение горения:
\[2C₆H₁₄ + 19O₂ → 12CO₂ + 14H₂O\]

В данной реакции для полного горения 1 кг гексана нужно 19 моль кислорода. При давлении 10325 Па и температуре 1300 К, мы можем использовать уравнение состояния идеального газа (PV = nRT), где P - давление, V - объем, n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура.

Объем продуктов горения вычисляется по количеству молей углекислого газа (CO₂) и водяного пара (H₂O) в уравнении горения. Для гексана получим:

Молярная масса гексана (C₆H₁₄) = 86 г/моль
Молярная масса CO₂ = 44 г/моль
Молярная масса H₂O = 18 г/моль

Подставим значения в уравнение:
Моль гексана = масса гексана / молярная масса гексана = 1000 г / 86 г/моль ≈ 11.63 моль

Моль CO₂ = 12 моль CO₂ / 2 моль гексана * 11.63 моль гексана = 69.78 моль CO₂
Моль H₂O = 14 моль H₂О / 2 моль гексана * 11.63 моль гексана = 80.57 моль H₂О

Используем уравнение состояния идеального газа для вычисления объема продуктов:
Объем CO₂ = (моль CO₂ * R * T) / P = (69.78 моль * 8.314 J/(моль*К) * 1300 К) / 10325 Па ≈ 8.38 м³
Объем H₂O = (моль H₂O * R * T) / P = (80.57 моль * 8.314 J/(моль*К) * 1300 К) / 10325 Па ≈ 10.59 м³

2. Гептан (C₇H₁₆):
Уравнение горения:
\[2C₇H₁₆ + 25O₂ → 14CO₂ + 16H₂O\]

Масса гептана = 1000 г

По аналогии с предыдущей задачей, мы можем вычислить количество молей гептана и объем продуктов горения:
Моль гептана = масса гептана / молярная масса гептана = 1000 г / 100 г/моль = 10 моль

Моль CO₂ = 14 моль CO₂ / 2 моль гептана * 10 моль гептана = 70 моль CO₂
Моль H₂O = 16 моль H₂О / 2 моль гептана * 10 моль гептана = 80 моль H₂О

Объем CO₂ = (моль CO₂ * R * T) / P = (70 моль * 8.314 J/(моль*К) * 1300 К) / 10325 Па ≈ 8.83 м³
Объем H₂O = (моль H₂O * R * T) / P = (80 моль * 8.314 J/(моль*К) * 1300 К) / 10325 Па ≈ 9.96 м³

3. Октан (C₈H₁₈):
Уравнение горения:
\[2C₈H₁₈ + 25O₂ → 16CO₂ + 18H₂O\]

Масса октана = 1000 г

По аналогии с предыдущими примерами вычисляем количество молей и объем продуктов горения:
Моль октана = масса октана / молярная масса октана = 1000 г / 114 г/моль ≈ 8.77 моль

Моль CO₂ = 16 моль CO₂ / 2 моль октана * 8.77 моль октана = 70.08 моль CO₂
Моль H₂O = 18 моль H₂О / 2 моль октана * 8.77 моль октана = 79.47 моль H₂О

Объем CO₂ = (моль CO₂ * R * T) / P = (70.08 моль * 8.314 J/(моль*К) * 1300 К) / 10325 Па ≈ 8.89 м³
Объем H₂O = (моль H₂O * R * T) / P = (79.47 моль * 8.314 J/(моль*К) * 1300 К) / 10325 Па ≈ 9.94 м³

4. Декан (C₁₀H₂₂):
Уравнение горения:
\[2C₁₀H₂₂ + 31O₂ → 20CO₂ + 22H₂O\]

Масса декана = 1000 г

Вычисляем количество молей и объем продуктов горения:
Моль декана = масса декана / молярная масса декана = 1000 г / 142 г/моль ≈ 7.04 моль

Моль CO₂ = 20 моль CO₂ / 2 моль декана * 7.04 моль декана = 70.4 моль CO₂
Моль H₂O = 22 моль H₂О / 2 моль декана * 7.04 моль декана = 77.44 моль H₂О

Объем CO₂ = (моль CO₂ * R * T) / P = (70.4 моль * 8.314 J/(моль*К) * 1300 К) / 10325 Па ≈ 8.99 м³
Объем H₂O = (моль H₂O * R * T) / P = (77.44 моль * 8.314 J/(моль*К) * 1300 К) / 10325 Па ≈ 9.87 м³

Таким образом, получаем следующие результаты:

| Горючее | Объем CO₂ (м³) | Объем H₂O (м³) |
|---------|----------------|----------------|
| Гексан | 8.38 | 10.59 |
| Гептан | 8.83 | 9.96 |
| Октан | 8.89 | 9.94 |
| Декан | 8.99 | 9.87 |

Давайте теперь построим график, отображающий зависимость объема продуктов горения и содержания кислорода от молекулярной массы горючего.