α i = n i /n β i = V i /V α i = β i γ i = m i /m

Transkrypt

1 Ćwczene nr 2 Stechometra reakcj zgazowana A. Część perwsza: powtórzene koncentracje stężena 1. Stężene Stężene jest stosunkem lośc substancj rozpuszczonej do całkowtej lośc rozpuszczalnka. Sposoby wyrażena stężena: a) Stężene molowe (ułamek molowy) α jest to stosunek lczby mol jednego składnka n do sumy lczby mol w roztworze n: α = n /n n lczba mol -tej substancj, n całkowta lczba mol, n = n 1 + n 2 + n n N, α 1 + α 2 + α α N = 1 Stężene α przyjmuje wartośc z przedzału: 0 1. b) Stężene objętoścowe (ułamek objętoścowy) β jest to stosunek objętośc jednego składnka V do objętośc roztworu V: β = V /V V objętość -tej substancj, V całkowta objętość, V = V 1 + V 2 + V , β 1 + β 2 + β β N = 1 Stężene β przyjmuje wartośc z przedzału: 0 1. Uwaga: ze względu na fakt, że objętość mola gazów w tych samych warunkach jest równa, molowe objętoścowe stężena są równe: α = β c) Stężene masowe (ułamek masowy) γ jest to stosunek masy jednego składnka m do masy roztworu m : γ = m /m 1

2 m masa -tej substancj, m masa całkowta, m = m 1 + m 2 + m m N, γ 1 + γ 2 + γ γ N = 1 Stężene przyjmuje γ wartośc z przedzału: 0 1. Uwaga: zwykle stężene masowe jest różne od stężena molowego γ α. d) Stężene procentowe, np. masowe, (procent masowy) ε jest to stosunek masy jednego składnka m do masy roztworu m pomnożony przez 100%: ε = m /m 100% 2. Cśnene parcjalne (cząstkowe) Cśnene parcjalne p składnka roztworu jest to cśnene, które wywerał by ten pojedynczy składnk, gdyby w danej temperaturze zajmował taką samą objętość, co meszanna. a) Prawo Daltona: Całkowte cśnene meszanny gazów p jest równe sume cśneń parcjalnych jej składnków p. p = b) Cśnene parcjalne -tego składnka oblczamy jako loczyn całkowtego cśnena meszanny udzału molowego (objętoścowego) tego składnka p n = 1 p = α p lub p = β p Zadana dla studentów: 1. Oblczyć cśnena parcjalne poszczególnych składnków suchego powetrza. Przyjąć: O 2 = 21%, N 2 = 78%, (Ar + nne)= 1%, p=101,3kpa 2. Gaz postały w wynku zgazowana węgla ma skład jak ponżej: H 2 = 29%, CO = 57%, CO 2 = 12,5%, N 2 = 1,5% Oblczyć cśnene parcjalne składnków palnych, jeżel gaz znajduje sę pod cśnenem p = 0,5 MPa. 2

3 3. Koncentracja Koncentracja jest stosunkem lczby mol (masy) substancj rozpuszczanej do objętośc lub masy rozpuszczalnka. a) Koncentracja molowa A jest to lczba n mol (kmol) -tego składnka w 1 dm 3 (1 m 3 ) rozpuszczalnka: A = n/v = lczba mol w 1 dm 3 Wymar: mol/dm 3, kg/m 3. Uwaga: objętość V może meć znaczene objętość przestrzen, objętość gazu. b) Koncentracja masowa pyłu M jest to lczba gramów (kg) masy pyłu w 1 dm 3 (1 m 3 ) objętośc: M = m pyłu /V = lczba gramów pyłu w 1 dm 3 Wymar: g/m 3, kg/m 3. Uwaga: objętość V może meć znaczene objętość przestrzen, objętość gazu. Zadana dla studentów: 1. Oblczyć le mol tlenu znajduje sę w 1 m 3 powetrza (O 2 = 21%). 2. Znając koncentrację popołu lotnego w spalnach (np. γ = 120 mg/m 3 n) strumeń objętośc spaln z kotła V = 800 tys. m 3 /h (T = 150 C), oblczyć emsje pyłu do atmosfery w kg/h. B. Część druga: stechometra reakcj utlenana zgazowana palw 1. Określć współczynnk stechometryczne produktów produkty reakcj a. Palw kopalnych (węglowodory) C x H y + nh 2 O + mo 2 = ah 2 + bco + ch 2 O Przykład 4CH 4 + 2H 2 O + 3O 2 = 4H 2 + 4CO + 6H 2 O 3

4 (Hydrocarbon) (Water) (Hydrogen) (Oxygen) b. Bomasy (węglowodanów) C x H y O z + nh 2 O + mo 2 = ah 2 + bco + ch 2 O 2. Sposób rozwązana I. Zmenne: a) Wadome: x, y, z, n, m b) Newadome: a, b, c II. Algorytm: a) Utworzyć układ równań blansując perwastk: C, H, O C: x = b H: y + 2n = 2a + 2c O: z + n + 2m = b + c b) rozwązać układ równań ze względu na: a, b, c 3. Oblczyć udzały stężena molowe produktów reakcj α H2, α CO, α H2O ch cśnena parcjalne p H2, p CO, p H2O C x H y O z + nh 2 O + mo 2 = ah 2 + bco + ch 2 O Całkowta lczba mol równa sę: α Σ = a + b + c α H2 = a/α Σ = a/(a + b + c), α CO = b/α Σ, α H2O = c/α Σ Cśnena parcjalne: p H2 = α H2 p, p CO = α CO p, p H2O = α H2O p gdze p [Pa] jest cśnenem w układze. 4

5 Przykład: nezupełne utlenane metanu CH 4 + 1,5O 2 + 5,64N 2 CO + 2H 2 O + 5,64N 2 (Powetrze: 79% N % O 2 ) Stężena składnków produktów utlenana Il. mol spaln: α Σ = 1mol CO + 2mole H 2 O + 5,64 mol N 2 = 8,64 mol Udzał CO w spalnach: α CO = 1mol CO/8,64 = 0,116 Udzał wody w spalnach: α H2O = 2mole H 2 O/8,64 = 0,231 Udzał azotu w spalnach: 5,64 mole N 2 /8,64 = 0,653. Cśnena parcjalne Cśnene całkowte: p = 1000 hpa (h = 10 2 ) = 10 5 Pa p CO = α CO p = α CO 10 5 Pa = 11,6 kpa, p H2O = α H2O 10 5 Pa = 23,1 kpa, p N2 = α N Pa = 65,3 kpa, Dodatek: przykładowe dane z analzy elementarnej wybranych palw stałych (d, mas.) Palwo C d H d O d N d S d A d Węgel kam. 74,2 4,7 11,2 1,2 0,5 8,2 Węgel brun. 64,2 6,4 20,4 1,1 0,6 7,3 Drewno 49,1 5,9 41,2 0,2 0,1 3,5 Słoma 48,5 5,5 39,1 0,3 0,1 6,5 Paper 39,3 5,5 39,3 0,1 0,3 15,5 M.J. Senko, R. A. Plane, Chema: podstawy zastosowana, WT, W-wa, J. Szargut, Termodynamka Technczna, PWN, W-wa, Tablce ceplne (dowolne) 5