1897년 스웨덴 탐험가 Andree 기구로 북극에 가려고 시도

1897년 스웨덴 탐험가 Andree 기구로 북극에 가려고 시도

 

 

 

1897년 스웨덴 탐험가 Andree는 기구로 북극에 가려고 시도했다. 기구는 수소로 채웠는데, 수소 기체는 철 조각과 묽은 황산을 반응시켜 얻었다. 반응은 다음과 같다.

Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g)

기구의 부피는 4800 m^3이고, 기구를 채우는 동안 수소 기체의 손실은 약 20.%이었다. 기구에 수소를 가득 채우는데 필요한 철 조각과 98%(질량으로) 황산의 질량은 얼마인가? (온도는 0℃, 압력은 1.0 atm이며, 100% 수득률을 가정한다.)

 

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기구의 부피를 L로 환산하면,

4800 m^3 × (1000 L / 1 m^3) = 4.8×10^6 L

---> 이만큼 수소 기체를 발생시켜야 한다.

 

 

 

이상기체방정식, PV = nRT 로부터,

( 참고 https://ywpop.tistory.com/3097 )

 

필요한 수소 기체의 mol수를 계산하면,

n = PV / RT

= [(1 atm) (4.8×10^6 L)] / [(0.0821 atm•L/mol•K) (273.15 K)]

= 214041 mol H2

 

 

 

20.% 손실이 발생하므로, 실제 필요한 수소 기체의 mol수는

214041 mol / (80./100) = 267551 mol H2

 

 

 

[참고]

267551 mol × (20./100) = 53510 mol H2

---> 손실되는 수소 기체의 mol수

 

267551 – 53510 = 214041 mol H2

---> 필요한 수소 기체의 mol수

 

 

 

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

 

1 mol 수소 기체 생산에 필요한 철과 황산은 각각 1 mol이므로, 즉

Fe : H2SO4 : H2 = 1 : 1 : 1 계수비(= 몰수비) 이므로,

267551 mol × (55.845 g/mol)

= 1.49×10^7 g = 14.9 ton Fe

 

267551 mol × (98.08 g/mol) / (98/100)

= 2.68×10^7 g = 26.8 ton 98% H2SO4

 

 

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In 1897 the Swedish explorer Andree tried to reach the North Pole in a balloon. The balloon was filled with hydrogen gas. The hydrogen gas was prepared from iron splints and diluted sulfuric acid. The reaction is given below.

Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g)

The volume of the balloon was 4400 m^3 and the loss of hydrogen gas during filling was estimated at 20.%. What mass of iron splints and 97% (by mass) H2SO4 were needed to ensure the complete filling of the balloon? (Assume a temperature of 0°C, a pressure of 1.0 atm during filling, and 100% yield.)

 

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기구의 부피를 L로 환산하면,

4400 m^3 × (1000 L / 1 m^3) = 4.4×10^6 L

---> 이만큼 수소 기체를 발생시켜야 한다.

 

 

 

이상기체방정식, PV = nRT 로부터,

필요한 수소 기체의 mol수를 계산하면,

n = PV / RT

= [(1 atm) (4.4×10^6 L)] / [(0.0821 atm•L/mol•K) (273.15 K)]

= 196204 mol H2

 

 

 

20.% 손실이 발생하므로, 실제 필요한 수소 기체의 mol수는

196204 mol / (80./100) = 245255 mol H2

 

 

 

1 mol 수소 기체 생산에 필요한 철과 황산은 각각 1 mol이므로, 즉

Fe : H2SO4 : H2 = 1 : 1 : 1 계수비(= 몰수비) 이므로,

245255 mol × (55.845 g/mol)

= 1.37×10^7 g = 13.7 ton Fe

 

245255 mol × (98.08 g/mol) / (97/100)

= 2.48×10^7 g = 24.8 ton 97% H2SO4

 

 

 

 

[키워드] Andree 기준문서, Andree dic