Сколько объема воздуха (при нормальных условиях) потребуется для подачи в печь, в которую уже загружена шихта из одной

Пугающая_Змея_2360

43

Чтобы решить эту задачу, нам нужно знать химическое уравнение реакции, которая происходит при сгорании угля и разложении карбоната кальция. Давайте начнем с составления этих уравнений.

Уголь (C) сгорает в кислороде (O2), образуя углекислый газ (CO2):
\[C + O2 \rightarrow CO2\]

Карбонат кальция (CaCO3) разлагается при нагревании, образуя оксид кальция (CaO) и выделяющийся углекислый газ:
\[CaCO3 \rightarrow CaO + CO2\]

Теперь мы можем рассчитать количество газов, образующихся в реакциях.

1. Для начала рассмотрим сгорание 120 кг угля.
Находим количество молей угля:
Молярная масса угля (C) равна 12,01 г/моль.
Масса угля составляет 120 кг, что равно 120 000 г.
\[n_{C} = \frac{{120000 \, \text{г}}}{{12,01 \, \text{г/моль}}} \approx 9991 \, \text{моль} \, C\]

Молярное соотношение между углем (C) и углекислым газом (CO2) равно 1:1. То есть каждая моль сгоревшего угля образует одну моль углекислого газа:
\[n_{CO2} = n_{C} \approx 9991 \, \text{моль} \, CO2\]

2. Теперь рассмотрим разложение 1 тонны (1000 кг) карбоната кальция.
Находим количество молей карбоната кальция:
Молярная масса карбоната кальция (CaCO3) равна 100,09 г/моль.
Масса карбоната кальция составляет 1000 кг, что равно 1 000 000 г.
\[n_{CaCO3} = \frac{{1000000 \, \text{г}}}{{100,09 \, \text{г/моль}}} \approx 9992 \, \text{моль} \, CaCO3\]

Молярное соотношение между карбонатом кальция (CaCO3) и углекислым газом (CO2) равно 1:1. То есть каждая моль разложившегося карбоната кальция образует одну моль углекислого газа:
\[n_{CO2} = n_{CaCO3} \approx 9992 \, \text{моль} \, CO2\]

Теперь мы можем рассчитать общий объем углекислого газа (CO2), образующегося при сгорании угля и разложении карбоната кальция.
Сначала найдем молярный объем газа при нормальных условиях (0°C и 1 атм):
\[V_{m} = 22,4 \, \text{л/моль}\]

Общий объем газа (CO2) будет равен сумме объемов, образованных при сгорании угля и разложении карбоната кальция:
\[V_{CO2} = V_{m} \cdot (n_{CO2_{уголь}} + n_{CO2_{карбонат кальция}})\]
\[V_{CO2} = 22,4 \, \text{л/моль} \cdot (9991 \, \text{моль} + 9992 \, \text{моль})\]
\[V_{CO2} = 22,4 \, \text{л/моль} \cdot 19983 \, \text{моль} \approx 447,35 \, \text{л}\]

Таким образом, для подачи в печь, в которую уже загружена шихта из одной тонны CaCO3 и 120 кг угля, потребуется примерно 447,35 литров углекислого газа (CO2) при нормальных условиях.

Теперь рассмотрим состав этого газа в процентах.

Общий объем газа (CO2) составляет 447,35 л.
Доля каждого компонента (уголь или карбонат кальция) в этом газе будет определяться отношением их объемов к общему объему газа.

Объем углекислого газа (CO2) от угля:
\[V_{уголь} = V_{m} \cdot n_{CO2_{уголь}} = 22,4 \, \text{л/моль} \cdot 9991 \, \text{моль} \approx 224,07 \, \text{л}\]

Доля газа (CO2) от угля:
\[Доля_{уголь} = \frac{{V_{уголь}}}{{V_{CO2}}} \cdot 100\% = \frac{{224,07 \, \text{л}}}{{447,35 \, \text{л}}} \cdot 100\% \approx 50,09\%\]

Объем углекислого газа (CO2) от карбоната кальция:
\[V_{карбонат кальция} = V_{m} \cdot n_{CO2_{карбонат кальция}} = 22,4 \, \text{л/моль} \cdot 9992 \, \text{моль} \approx 223,28 \, \text{л}\]

Доля газа (CO2) от карбоната кальция:
\[Доля_{карбонат кальция} = \frac{{V_{карбонат кальция}}}{{V_{CO2}}} \cdot 100\% = \frac{{223,28 \, \text{л}}}{{447,35 \, \text{л}}} \cdot 100\% \approx 49,91\%\]

Таким образом, состав углекислого газа (CO2) в процентах по объему будет приблизительно следующим:
- Доля углекислого газа (CO2) от угля: 50,09%
- Доля углекислого газа (CO2) от карбоната кальция: 49,91%