محاسبات استوکیومتری برای احتراق اکتان

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1009

سپاس: 676

جنسیت:

تماس:

محاسبات استوکیومتری برای احتراق اکتان

پست توسط rohamjpl »

معادله سوزاندن اکتان:
$\ce{2C8H18 + 25O2 -> 16CO2 + 18H2O}$
چگونه می توانم تعداد مول های دی اکسید کربنی را که با سوختن یک مول اکتان تولید می شود، پیدا کنم؟
چگونه می توانم بفهمم که در چه حجمی در STP تعداد خال های تعیین شده در پاسخ به سوال اول من اشغال شده است؟
اگر جرم مولکولی نسبی دی اکسید کربن 44 باشد، جرم دی اکسید کربن حاصل از سوزاندن 2 مول اکتان چقدر است؟
معادله شما به شما می گوید که نسبت مول های $\ce{C8H18}$ چقدر است
به مول CO2. به ازای هر دو مول اکتان سوزانده شده، چند مول CO2 است
تولید می شوند؟ حال، برای تنها یک مول اکتان چه مقدار خواهد بود؟
من قانون گاز ایده آل $(PV = nRT) $را دارم و P، n سوال اول و T را می دانید - پس فقط V را حل کنید.
بنابراین من یک مول CO2 را می شناسم
جرم آن 44 گرم است، بنابراین فقط آن را در تعداد مول های CO2 تولید شده در 2 مول اکتان ضرب میکنم
سوال بعدی کسر مولی مخلوط قبل از احتراق چقدر است؟
اگر هر دو ترکیب با نسبت استوکیومتری با O2 واکنش دهند، کسر مولی $\ce{C2H6} / \ce{C3H8}$ در مخلوط چقدر است؟ جرم CO2 تولید شده 1.819 برابر بزرگتر از جرم $\ce{H2O}$ است
$\ce{C2H6_{(g)} + O2_{(g)} -> CO2_{(g)} + H2O_{(g)}}$
.$\ce{C3H8_{(g)} + O2_{(g)} -> CO2_{(g)} + H2O_{(g)}}$
من معادلات را متعادل کردم و موارد زیر را امتحان کردم:
$\frac{X4M(CO_2)+(X-1)4M(CO_2)}{X8M(H_2O)+(X-1)6M(H_2O)}=1.819$
که باعث شد به نتیجه اشتباه برسم.
آیا کسی می تواند مرا در جهت درست راهنمایی کند
همیشه مفید است که تا آنجایی که می توانید کار را نشاندهم تا بتوانیم ببینیم کجا از مسیر خارج شده ام، در هر صورت به نظر می رسد تلاش کرده ، بنابراین من از ابتدا شروع کنم
ابتدا باید معادلات متعادل را بنویسیم
$\begin{aligned}
\ce{&C2H6(g) + $3.5$~ O2(g) -> 2 CO2(g) + 3 H2O(g)} \\
\ce{&C3H8(g) + 5 O2(g) -> 3 CO2(g) + 4 H2O(g)}
\end{aligned}$
دوم به ما داده شده است.جرم (CO2) = 1.819 جرم (H2O)ما می توانیم این را به نسبت مولی تبدیل کنیم
$\ce{\frac{[mass ~(CO2)]}{[$44.009$]}~=~ $1.819$ * \frac{[mass~ (H2O)]}{[$18.015$]}}$
و متوجه می شویم که نسبت مولی از
$\ce{\frac{[moles~(CO2)]}{[moles~(H2O)]}~=~ $0.744604$}$
اکنون، فقط برای درک چیزها، بیایید به کیس اتان نگاه کنیم و می بینیم که نسبت مولی CO2 / H2O داریم.
از 2/3، در حالی که در مورد پروپان نسبت 3/4 است. نسبت مولی مشاهده شده 0.74 نشان می دهد که واکنش پروپان عامل اصلی است. می توانیم یک معادله کلی بنویسیم
$\ce{\frac{[2/3 + (r * 3/4)]}{[1+r]}~=~$0.744604$}$
که در آن "r" نسبت مولی پروپان به اتان سوزانده شده است. حل برای "r" بازده
r = 13.59به عبارت دیگر$\ce{moles~\frac{[C2H6]}{[C3H8]}~=~ \frac{[1]}{[$13.59$]}}$
سوال بعدی
چگونه می توان جرم تولید شده را هنگام سوختن گاز معین محاسبه کرد؟
معادله زیر احتراق متان را نشان می دهد (CH4، 16.04 گرم در مول). معادله را متعادل کنید و جرم آب (18.02 گرم در مول) را که هنگام سوزاندن 40.0 گرم متان تشکیل می شود محاسبه کنید.$\ce{CH4(g) + O2(g) -> CO2 + H2O(g)}$
من مشکل را با تعادل شروع کردم:$\ce{1CH4(g) + 2O2(g) -> 1CO2 + 2H2O}$
سپس با محاسبه مقدار ماده متان ادامه دادم:
$\ce{C ($\pu{12g/mol}$) + H ($\pu{4 \times 1g/mol}$) = $\pu{16 g/mol}$ \implies ($\pu{40 g}$ methane) / ($\pu{16 g/mol}$) = $\pu{2.5 mol}$}$
از اینجا می خواهم بدانم که چگونه مقدار ماده H2O را تبدیل یا به آن برسانم
برای بدست آوردن جرم H2O تولید شده در این واکنش.جوابش ساده هست بنابراین ما می توانیم ضرایب استوکیومتری را بدست آوریم. از معادله می توان گفت که 1 مول CH4 2 مول H2O می دهد زیرا ضرایب آنها به ترتیب 1 و 2 است. بنابراین 2.5 مول CH4 5 مول H2O می دهد، یعنی 90 گرم H2O.
تعیین فرمول یک هیدروکربن از مقدار محصولات به دست آمده و واکنش دهنده های استفاده شده
یک مول از یک هیدروکربن سوزانده می شود. محصولات به دست آمده تا STP خنک می شوند و حجم 89.6 لیتر را اشغال می کنند. اکسیژن مورد نیاز برای احتراق 145.6 لیتر بود
در STP فرمول مولکولی هیدروکربن را بیابید.
بگذارید هیدروکربن $\ce{C}_x\ce{H}_y$ باشد
. واکنش احتراق را می توان به صورت زیر نوشت:
$\ce{C_xH_y + O2 -> H2O + CO2}$
به خاطر داشته باشید که این هنوز متعادل نشده است.
اکنون می توانیم مقدار واکنش دهنده ها و محصولات را دریابیم. از آنجایی که یک مول از هر گاز 22.4 لیتر را اشغال می کند
از فضا در STP، می توان گفت که داریم:
$\frac{89.6\ \mathrm l}{22.4\ \mathrm l/\mathrm{mol}} = 4\ \mathrm{mol}$
از محصولات در مورد اکسیژن واکنش نشان داد:
$\frac{145.6\ \mathrm l}{22.4\ \mathrm l/\mathrm{mol}} = 6.5\ \mathrm{mol}$
. اکنون می توانیم استنباط کنیم که هیدروکربن با 13O2 واکنش می دهد. بنابراین، معادله تبدیل می شود.
CxHy+13O2⟶H2O+CO2
اما، x C وجود دارد یکی سمت چپ، بنابراین سمت راست نیز x C دارد:
$\ce{C_xH_y + 13O2 -> H2O + CO2}$
y H در سمت چپ وجود دارد. همینطور برای سمت راست:
$\ce{C_xH_y + 13O2 -> y/2H2O + xCO2}$
از آنجایی که مقدار O نیز باید متعادل باشد، ما 26 اکسیژن در LHS و بنابراین 26 در RHS داریم. یعنی:
$26 = \frac{y}{2} + 2x \implies \frac{y}{2} = 26 - 2x$
ما قبلاً متوجه شده ایم که 4 مول از محصولات به دست می آید. یعنی:
$4 = \frac{y}{2} + x = 26 - 2x + x = 26 - x \implies x = 26 - 4 = 22$
اما این به این معنی است که y منفی است. کجا اشتباه کردم؟
از تعبیر شما باید بگویم که با دادن ضریب استوکیومتری 13
اشتباه است زیرا این عدد به مولکول های گونه مربوط نمی شود (بنابراین این شک وجود دارد که شما خال های بدست آمده را در دو ضرب کرده اید، خطای اصلی در آنجا نهفته است).
از آنجایی که ما در مورد احتراق صحبت می کنیم، می توانیم با خیال راحت فرض کنیم که هر معرف کاملاً اکسید شده است، بنابراین می توانیم واکنش کامل را با ضرایب عمومی بنویسیم:
$\ce{C}_{\color{blue}{x}}\ce{H}_{\color{blue}{y}(g)}+\left[\color{blue}{\frac{y}{4}}+\color{blue}{x}\right]\ce{O2_{($g$)}}\to\color{blue}{\frac{y}{2}}\ce{H2O}_{(g)}+\color{blue}{x}\ce{CO2_{($g$)}}$
توجه داشته باشید که قانون هیدروکربن های اشباع داده شده دلالت بر این دارد که y=2x+2
، اما این به عمد تعمیم داده می شود زیرا وجود پیوندهای دوگانه / سه گانه مشخص ناشناخته است.
هدف از نوشتن این معادله مشخص کردن رابطه بین واکنش دهنده ها است، بنابراین اکنون می توانیم رابطه مولی بین اکسیژن مورد نیاز به اولین هیدروکربن را برای به دست آوردن یک معادله ساده بر حسب x فرض کنیم.
و y:
$n_{\ce{O2}}=\left[\frac{y}{4}+x\right]n_{\ce{C}_{x}\ce{H}_{y}}$
از آنجایی که، همانطور که محاسبه کردید، برای اکسید کردن 1 مول از هیدروکربن ناشناخته، به 6.5 مول اکسیژن نیاز است. می‌توانیم آن مقادیر را در معادله بالا جایگزین کنیم و به این ترتیب:
$6.5=\frac{y}{4}+x\tag{1}$
پس از احتراق کامل، مقدار کل مول ها همانطور که به درستی استخراج کردید نشان داده می شود و می توان آن را در رابطه با معرف مجهول بیان کرد و سپس با هم جمع کرد تا معادله دوم به صورت زیر بدست آید:
$n_{\ce{H2O}}=\frac{y}{2}n_{\ce{C}_{x}\ce{H}_{y}}\quad n_{\ce{CO2}}=x\:n_{\ce{C}_{x}\ce{H}_{y}}$
از آنجایی که حجم کل افزایشی است، پس (چون $\ce{C}_{x}\ce{H}_{y}=1:\mathrm{mol}$:
$4\:\mathrm{mol}=n_{\ce{H2O}}+n_{\ce{CO2}}=\frac{y}{2}n_{\ce{C}_{x}\ce{H}_{y}}+x\:n_{\ce{C}_{x}\ce{H}_{y}}=\frac{y}{2}+x$
اکنون دومین معادله مورد نیاز را تولید می کند:
$4=\frac{y}{2}+x\tag{2}$
حل معادلات (1) و (2) مقادیر x و y مورد نیاز برای بدست آوردن فرمول brute هیدروکربن مجهول را به دست می دهد:
$y=-10,\quad x=9$
از آنجایی که نتیجه برای یک جمله منفی است، می‌توان فرض کرد که آب تولید شده در فاز بخار نیست، بنابراین عبارت آب را در معادله (2)، $y/2\:n_{\ce{C}_{x}\ce{H}_{y}}$ حذف می‌کنیم و مقدار فوری x را می‌دهیم زیرا تلاشی وجود ندارد. داده شده توسط آب:
$x=4,\quad y=10\to \ce{C}_{4}\ce{H}_{10}\quad\mathrm{butane}$
این نتیجه یک هیدروکربن اشباع شده را توصیف می کند، زیرا از قانون $\ce{C}_{n}\ce{H}_{2n+2}$ پیروی می کند.
محاسبه کسر جرمی مخلوط گاز هیدروژن و اکسیژن قبل از احتراق
من سعی می کنم کسر جرمی مخلوط گاز هیدروژن اکسیژن را به عنوان تابعی از نسبت هم ارزی قبل از احتراق محاسبه کنم. کار من به شرح زیر است:نسبت هم ارزی:
$\phi=\frac{FA}{FA_s}=\frac{\frac{m_f}{m_{air}}}{\frac{m_{fs}}{m_{air,s}}}=\frac{\frac{n_f}{n_{air}}}{\frac{n_{fs}}{n_{air,s}}}$
جایی که FAنسبت سوخت به هوا و s است مخفف واکنش استوکیومتری است.
معادله واکنش احتراق متعادل (با فرض یک مخلوط کاملاً استوکیومتری) به صورت زیر است:
$2H_2+1O_2\rightarrow2H_2O$
بنابراین $n_{fs} = 2$,$n_{air,s}=1$
. حالا، وقتی کسرهای جرمی را تابعی از نسبت هم ارزی می نویسم، کار من این است:
$y_{O_2}=\frac{m_{air}}{m_f+m_{air}}=\frac{1}{FA+1}=\frac{1}{\phi\frac{n_{fs}}{n_{air,s}}+1}=\frac{n_{air,s}}{\phi n_{fs}+n_{air,s}}=\frac{1}{2\phi+1}$
با یک محاسبه مشابه:$y_{H_2}=\frac{n_{fs}\phi}{n_{fs}\phi+n_{air,s}}=\frac{2\phi}{2\phi+1}$
یک بررسی سریع که باید درست باشد نشان می دهد که $y_{H_2}+y_{O_2}=1$
دلیل اینکه من در مورد این محاسبه سوال می کنم این است که من این محاسبه را برای یک پروژه قبلی انجام دادم و نتایجی که کلاس گفت درست بود برعکس بود (یعنی عبارت با ϕدر صورت حساب برای yO2 بود نه $y_{H_2}$
. آیا کاری وجود دارد که من اشتباه انجام داده ام / آیا آنها را اشتباه محاسبه کرده ام؟ کدی که من کار قبلی خود را بر اساس آن (نوشته شده در متلب) انجام می دهم این است:$yO = 32/(4*phi+32);
yH = 4*phi/(4*phi+32);$
32 به دلیل جرم مولی O2 ظاهر می شود
به دلایلی در عبارت بود و من نتوانستم دقیقاً بفهمم عبارات کد بالا چگونه مشتق شده اند. فقط می دانم که آنها نتایجی را ارائه کردند که برای کلاسی که من این کار را انجام دادم به درستی علامت گذاری شدند.$\phi=\frac{FA}{FA_s}=\frac{\frac{m_f}{m_{air}}}{\frac{m_{fs}}{m_{air,s}}}=\frac{\frac{n_f}{n_{air}}}{\frac{n_{fs}}{n_{air,s}}}$
به خودی خود درست است، اما این بدان معنا نیست که $FA_s=\frac{n_{fs}}{n_{air,s}}$
! این فرض را بعد از اینکه توده‌های مولی را که برای تبدیل توده‌ها به خال استفاده می‌شد، حذف کردم، در ذهنم ایجاد کردم.
عبارات صحیح عبارتند از:
$y_{O_2} = \frac{n_{o,s}M_O}{\phi n_{f,s}{M_f}+n_{o,s}M_O}$و$y_{H_2} = \frac{\phi n_{f,s}M_f}{\phi n_{f,s}{M_f}+n_{O,s}M_O}$
نتیجه در تنظیم $FA = \phi n_{fs}/n_{O2s}$ اشتباه دارد. اصلاح اینجاست. برای سادگی، من از F به جای FA، mO و nO به ترتیب به عنوان جرم و مول برای O2 و یک ⋆ برای استوکیومتری استفاده می کنم. من از عبارت ω برای کسر جرمی و M استفاده می کنم
(M بزرگ) برای جرم مولی.
$\phi \equiv \frac{F}{F_s} = \frac{m_f/m_O}{m^\star_f/m^\star_O}$
$\omega_O \equiv \frac{m_O}{m_f + m_O} = \frac{1}{F + 1}$
$F = \phi\ F_s = \phi\ \frac{m^\star_f}{m^\star_O} = \phi\ \frac{n^\star_f\ M_f}{n^\star_O\ M_O}$
برای واکنش داده شده، $n^\star_f = 2$و$n^\star_O = 1$. از این رو$\omega_O = \frac{1}{2\phi M_{f/O} + 1}$
جایی که$M_{f/O}$نسبت جرم مولی سوخت (H2) به اکسیژن O2 است.عبارت ωfاز موازنه جرم $\omega_O + \omega_f = 1$ پیدا می شود.
I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست