Найти объем и состав (%) продуктов горения 1 м^3 этилена, пропилена и бутилена при температуре горения 1800

Mishka

39

Чтобы решить данную задачу, мы можем использовать закон сохранения массы. Поскольку мы знаем объем и состав (%) продуктов горения, мы можем использовать эти данные для определения объема и содержания отдельных компонентов.

Для начала, рассмотрим этилен. Формула этилена - $C_2{H}_4$. При горении одной молекулы этилена требуется 3 молекулы кислорода ($O_2$) согласно сбалансированному химическому уравнению горения. Горение этилена осуществляется по следующему уравнению:

$$C_2{H}_4+3O_2\to 2C{O}_2+2H_{2}O$$

Из данного уравнения следует, что на каждые 2 молекулы $C{O}_2$ и 2 молекулы $H_{2}O$ образуется 1 молекула этилена. Но нам дан объем, поэтому нужно знать, что объем молекулярного газа можно записать следующим образом:

$$V=n\cdot V_{\text{молекулы}}$$

Где $n$ - количество молекул газа, $V$ - объем газа, $V_{\text{молекулы}}$ - объем одной молекулы газа.

Мы также знаем, что у нас 1 моль газа занимает 22,4 литра при нормальных условиях. Используя эту информацию, мы можем найти количество молекул газа, которое занимает 1 м^3 этилена.

$$\text{Молярная масса этилена (}{C}_2{H}_4\text{)}=2\cdot \text{Молярная масса углерода}+4\cdot \text{Молярная масса водорода}$$

$$\text{Молярная масса углерода}=12\text{ г/моль},\text{ молярная масса водорода}=1\text{ г/моль}$$

$$\text{Молярная масса этилена (}{C}_2{H}_4\text{)}=2\cdot 12\text{ г/моль}+4\cdot 1\text{ г/моль}=28\text{ г/моль}$$

Теперь мы можем использовать полученную информацию для нахождения количества молекул этилена в 1 м^3:

$$n_{C_2{H}_4}=\frac{1{\text{м}}^3}{V_{\text{молекулы}}}=\frac{1{\text{м}}^3}{22,4\text{л/моль}}\cdot \frac{1000\text{л}}{1{\text{м}}^3}\cdot \frac{1\text{моль}}{28\text{г}}\cdot \frac{1000\text{г}}{1\text{кг}}$$

Мы получаем:

$$n_{C_2{H}_4}=\frac{1000}{22.4\times 28}\approx 1.37\text{моль}$$

Теперь мы можем найти объем $C{O}_2$ и $H_{2}O$ при этом расчете. Так как коэффициенты перед $C{O}_2$ и $H_{2}O$ равны 2, то объем $C{O}_2$ и $H_{2}O$ будет равен двум молям.

$$V_{C{O}_2}=2\cdot n_{C_2{H}_4}\cdot V_{\text{молекулы}}=2\cdot 1.37\cdot 22.4=59.2\text{ л}$$
$$V_{H_{2}O}=2\cdot n_{C_2{H}_4}\cdot V_{\text{молекулы}}=2\cdot 1.37\cdot 22.4=59.2\text{ л}$$

Таким образом, объем $C{O}_2$ и $H_{2}O$ при горении 1 м^3 этилена составляет 59,2 литра каждого вещества.

Теперь рассмотрим пропилен (${С}_3{Н}_6$) и бутилен (${С}_4{Н}_8$). Аналогично этилену, мы можем использовать уравнения горения для определения объема $C{O}_2$ и $H_{2}O$ при горении одного моля пропилена и бутилена.

Уравнение горения пропилена:

$${С}_3{Н}_6+9/2O_2\to 3C{O}_2+3H_{2}O$$

Уравнение горения бутилена:

$${С}_4{Н}_8+6O_2\to 4C{O}_2+4H_{2}O$$

Сначала найдем молярные массы пропилена и бутилена:

$$\text{Молярная масса пропилена (}{C}_3{H}_6\text{)}=3\cdot \text{Молярная масса углерода}+6\cdot \text{Молярная масса водорода}$$

$$\text{Молярная масса пропилена (}{C}_3{H}_6\text{)}=3\cdot 12\text{ г/моль}+6\cdot 1\text{ г/моль}=42\text{ г/моль}$$

$$\text{Молярная масса бутилена (}{C}_4{H}_8\text{)}=4\cdot \text{Молярная масса углерода}+8\cdot \text{Молярная масса водорода}$$

$$\text{Молярная масса бутилена (}{C}_4{H}_8\text{)}=4\cdot 12\text{ г/моль}+8\cdot 1\text{ г/моль}=56\text{ г/моль}$$

Теперь мы можем использовать полученную информацию для нахождения объема $C{O}_2$ и $H_{2}O$ для одной моли пропилена и бутилена:

$$V_{C{O}_2,C_3{H}_6}=3\cdot n_{C_3{H}_6}\cdot V_{\text{молекулы}}=3\cdot 1.37\cdot 22.4=91.9\text{ л}$$
$$V_{H_{2}O,C_3{H}_6}=3\cdot n_{C_3{H}_6}\cdot V_{\text{молекулы}}=3\cdot 1.37\cdot 22.4=91.9\text{ л}$$
$$V_{C{O}_2,C_4{H}_8}=4\cdot n_{C_4{H}_8}\cdot V_{\text{молекулы}}=4\cdot 1.37\cdot 22.4=121.6\text{ л}$$
$$V_{H_{2}O,C_4{H}_8}=4\cdot n_{C_4{H}_8}\cdot V_{\text{молекулы}}=4\cdot 1.37\cdot 22.4=121.6\text{ л}$$

Таким образом, объем $C{O}_2$ и $H_{2}O$ при горении 1 м^3 пропилена составляет 91.9 л и объем $C{O}_2$ и $H_{2}O$ при горении 1 м^3 бутилена составляет 121.6 л.

Для построения графика зависимости объема продуктов горения и содержания каждого компонента в зависимости от молекулярной массы топлива нам нужно знать молекулярные массы каждого из компонентов и их объемы горения.

Зависимость объема продуктов горения от молекулярной массы топлива:

$$\text{Unknown environment '{array}'}$$

Зависимость содержания каждого компонента от молекулярной массы топлива:

$$\text{Unknown environment '{array}'}$$

На основе этих данных мы можем построить графики зависимости объема продуктов горения и содержания отдельных компонентов от молекулярной массы топлива.