탄소 1몰을 100% 과잉공기와 반응 생성된 CO2의 부피 백분율

탄소 1몰을 100% 과잉공기와 반응 생성된 CO2의 부피 백분율

 

 

탄소가 완전 연소하여 CO2가 되는 반응이 있다.

탄소의 1몰을 100% 과잉공기와 반응시켰을 때

생성된 CO2의 부피 백분율(vol%)은 얼마인가?

단, 공기 중 산소의 함량은 21 vol%이다.

C + O2 → CO2

① 100 vol%

② 24.2 vol%

③ 10.5 vol%

④ 3.8 vol%

 

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예를 들어, 20% 과잉공기 사용이면,

필요한 공기보다 20% 더 사용이므로,

 

100% 과잉공기 사용이면,

필요한 공기보다 100% 더 사용.

---> 가령, 필요한 공기의 양이 1 mol이면,

2 mol 사용했다는 의미.

 

 

 

C + O2 → CO2

 

탄소 1몰 연소에 필요한 O2가 1 mol이므로,

O2 1 mol을 포함하는 공기의 몰수

= 1 mol / (21/100) = 4.7619 mol

( 공기 중 산소의 함량은 21 vol% )

( 참고 https://ywpop.tistory.com/3707 )

 

100% 과잉공기 사용이므로,

4.7619 × 2 = 9.5238 mol

---> 실제 사용한 공기의 몰수

 

 

 

C + O2 → CO2

 

C : O2 : CO2 = 1 : 1 : 1 계수비(= 몰수비) 이므로,

탄소 1몰과 반응하는 O2의 몰수 = 1 mol 이고,

이때 생성되는 CO2의 몰수 = 1 mol 이다.

 

 

 

반응 후, 혼합물 속 각 성분의 몰수를 계산하면,

> CO2 = 1 mol

> N2 = 9.5238 mol × (79/100) = 7.5238 mol

> O2 = 9.5238 – 7.5238 – 1 = 1 mol

 

 

 

[참고] 공기는 부피비로

79% N2와 21% O2로 이루어져 있다고 간주한다.

---> 미량 존재하는 기체는 무시함.

 

 

 

기체의 경우, 몰수비 = 부피비 이므로,

CO2의 부피 백분율(vol%)

= 1 / (1 + 7.5238 + 1) × 100

= 10.5%

 

 

 

답: ③ 10.5 vol%

 

 

 

 

[키워드] 화학량론 기준, 기체 반응 기준