25 svar
84 visningar
Johannsus 13
Postad: 22 aug 2019

Förbränning av oktan

Hej!

Jag har kört fast i slutet av en uppgift ang. volymhalt. Uppgifter lyder enligt följande

1. Hur stor volym luft (25 grader C, 101kPa) behövs det för förbränning av 0,06m3 oktan (C8H18)? luftfaktorn är 1,1 och oktanens densitet är 700kg/m3.
2. Beräkna hur stor volym rökgas (180 grader C, 100kPa) som bildas och halten O2 och CO2 i rökgasen

Jag har lämnat bort enheter och upphöjt/nersänkt för enkelhetens skull här på datorn. Har det skrivet på papper.
1.
2C8H18 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O
2mol oktan – 25mol syrgas
1mol oktan – 12,5mol syrgas
M(oktan) = = (1,0079*18)+(12,011*8) = 114,2302 g/mol
T=25⁰C → K = 273+25⁰C = 298K
R=  8,3145 J mol K ( här ska ju givetvis var -1 på mol & K)
p= 101000Pa
m(oktan) →  Densitet = m/V → m= densitet * V = 700kg/m3 * 0,06m3 = 42kg = 42000g
n(oktan) → n=m/M =42000g/114,2302g/mol = 367,6785999 mol
n(syrgas) →  (25/2)*367,6785999mol= 4595,982498 mol
pV = nRT →  = V=nRT/p= (4595,982498mol*8,3145 J mol K* 298K)/101000Pa ≈ 112,7481421m3
(112,7381421/(0,21 volymhalten syre i luft))*1,1 =590,5855062m3≈ 590,6m3 luft behövs
2.
CO2 = (12,011*1)+(15,999*2) = 44,009 g/mol
C8H18 = (1,0079*18)+(12,011*8) = 114,2302 g/mol
n(oktan) = 367,6785999 mol
T=273+180=253K
n(CO2) = (16/2)* 367,6785999mol = 2941,428799mol
V=nRT/P = (2941,428799mol*8,3145mol*453K)/100000Pa = 110,7879892 m3

H2O = (1,0079*2)+(15,999*1) = 18,0148 g/mol
n(H2O) = (18/2)* 367,6785999 mol = 3309,107399mol
V=nRT/P = (3309,107399mol*8,3145mol*453K)/100000Pa = 124,6364878m3
Vtot = 110,7879892 + 124,6364878 = 235,424477m3 rökgaser

Här tar det stopp. Att räkna ut volymhalten O2 och CO2 i rökgasen. är ett nytt kapitel för mig så skulle gärna behöva lite hjälp på traven. Stämmer uträkningen för övrigt eller är jag helt ute och cyklar?

Tack på förhand

Teraeagle 7174 – Moderator
Postad: 22 aug 2019

Än så länge verkar det rätt. Luftfaktorn 1,1 innebär att man tillsätter 1,1 ggr så mycket luft (dvs 10 % extra) luft jämfört med vad som teoretiskt går åt vid förbränningen. Räkna ut hur många mol syrgas som finns i den  590,6 m3 luft som tillsattes och jämför med det teoretiska behovet. Skillnaden är mängden syrgas som blir kvar i rökgaserna.

Glöm inte heller att du får med kvävgas i rökgaserna då det följer med luften.

Du kan enkelt skriva upphöjda och nersänkta tecken från datorn genom att markera det du vill ha upp eller ner och klicka på knappen x2 respektive x2 i listen överst i inskrivningsrutan. Från mobilen är det krångligare, tyvärr.

Uppgift 1 ser rimlig ut, men jag har inte kontrollräknat.

Det skulle vara lättare att nänga med i uppgift 2 om du skriver lite mer vad det är du beräknar.

Från uppgift 1 har du substansmängden oktan. Detta gör att du kan räkna ut hur mycket koldioxid och vattenånga det finns i rökgaserna. Du har också räknat ut hur många kubikmeter luft du hade från början. 21 % av detta var syre. 91% av syret gick åt för att förbränna oktanet. Hur mycket syrgas finns kvar efteråt? 79 % av luften består i stort sett av kväve. Hur mycket var det?

Rökgaserna består av en blandning av koldioxid, vatten, syre och kväve. Hur mycket är det totalt?

Jag skulle räkna alla mängder i enheten mol, eftersom detta värde inte ändras när man upphettar rökgaserna. När jag hade fått fram hur många mol rökgaser jag har totalt, skulle jag räkna om det till volym.

Vilken enhet vill man ha på "halten O2 och CO2 i rökgasen"? Är det mol-% (= volym-%) eller vikts-% eller något annat? Det finns många tänkbara definitioner, och jag vet inte vilken som används i din kurs.

Johannsus 13
Postad: 22 aug 2019
Smaragdalena skrev:

Du kan enkelt skriva upphöjda och nersänkta tecken från datorn genom att markera det du vill ha upp eller ner och klicka på knappen x2 respektive x2 i listen överst i inskrivningsrutan. Från mobilen är det krångligare, tyvärr.

Uppgift 1 ser rimlig ut, men jag har inte kontrollräknat.

Det skulle vara lättare att nänga med i uppgift 2 om du skriver lite mer vad det är du beräknar.

Från uppgift 1 har du substansmängden oktan. Detta gör att du kan räkna ut hur mycket koldioxid och vattenånga det finns i rökgaserna. Du har också räknat ut hur många kubikmeter luft du hade från början. 21 % av detta var syre. 91% av syret gick åt för att förbränna oktanet. Hur mycket syrgas finns kvar efteråt? 79 % av luften består i stort sett av kväve. Hur mycket var det?

Rökgaserna består av en blandning av koldioxid, vatten, syre och kväve. Hur mycket är det totalt?

Jag skulle räkna alla mängder i enheten mol, eftersom detta värde inte ändras när man upphettar rökgaserna. När jag hade fått fram hur många mol rökgaser jag har totalt, skulle jag räkna om det till volym.

Vilken enhet vill man ha på "halten O2 och CO2 i rökgasen"? Är det mol-% (= volym-%) eller vikts-% eller något annat? Det finns många tänkbara definitioner, och jag vet inte vilken som används i din kurs.

Tack för svar. Jag lade märke till det precis efter jag skickade. I upg. 2 räknade jag först ut volym av CO2 som vart 110,7879892m3 och sedan volymen av vattenångan H2O = 124,6364878 m3. De två volymerna adderade jag för att få ut totalvolymen rökgas som bildas. Volymhalten 02 och C02 i % är det som efterfrågas i upg 2. som andra fråga.

Rökgaserna innehåller inte bara koldioxid och vatten, utan även kvävgas och det "extra" syret (ädelgaserna tror jag att vi med gott samvete kan strunta i).

Johannsus 13
Postad: 22 aug 2019
Smaragdalena skrev:

Rökgaserna innehåller inte bara koldioxid och vatten, utan även kvävgas och det "extra" syret (ädelgaserna tror jag att vi med gott samvete kan strunta i).

Så reaktionsformeln jag använder mig av är inkorrekt? Fullständiga borde bli C8H18+12,5(1,1)(O2+(3,76N2)-> 8CO2+9H2O+1,25O2+51,7N2. 1,1 luftfaktorn & 79% kväve & 21% syre, 0,79/0,21=3,76.

Det är inget fel på din reaktioneformel - den är användbar för att beräkna hur mycket koldioxid och vattenånga det finns i rökgaserna. Men förutom dessa gaser finns det syrgas och kvävgas i rökgaserna - du behöver beräkna hur mycket.

Johannsus 13
Postad: 22 aug 2019
Smaragdalena skrev:

Det är inget fel på din reaktioneformel - den är användbar för att beräkna hur mycket koldioxid och vattenånga det finns i rökgaserna. Men förutom dessa gaser finns det syrgas och kvävgas i rökgaserna - du behöver beräkna hur mycket.

Ja på det sättet fungerar den. Men för att räkna ut totala volymen rökgaser så måste jag använda mig av formel som jag skrev ovan och för att sedan få ut volymhalten av CO2 & O2 så behöver jag helt enkelt bara dividera volymen av 8CO2 respektive 1,25O2 med totala volymen rökgaser.

För att beräkna volymen (och senare volymhalten av CO2 och H2O) för rökgaserna behöver du beräkna hur mycket koldioxid det finns (det har du gjort), hur mycket vattenånga det har bildats (det har du också gjort), hur mycket "överblivet" syre det finns kvar (eftersom vi hade ett överskott av luft) och hur mycket kvävgas det finns (för man använde ju luft, inte ren syrgas). När du vet substansmängden av alla dessa fyra gaser kan du beräkna rökgasernas volym, men du behöver alla fyra innan du kan gå vidare.

Johannsus skrev:
Smaragdalena skrev:

Rökgaserna innehåller inte bara koldioxid och vatten, utan även kvävgas och det "extra" syret (ädelgaserna tror jag att vi med gott samvete kan strunta i).

Så reaktionsformeln jag använder mig av är inkorrekt? Fullständiga borde bli C8H18+12,5(1,1)(O2+(3,76N2)-> 8CO2+9H2O+1,25O2+51,7N2. 1,1 luftfaktorn & 79% kväve & 21% syre, 0,79/0,21=3,76.

Det här är ingen reaktionsformel. En reaktionsformel skall innehålla de ämnen som reagerar på vänstersidan och de som bildas på högersidan, med heltalskoefficienter.

Johannsus 13
Postad: 22 aug 2019
Smaragdalena skrev:

För att beräkna volymen (och senare volymhalten av CO2 och H2O) för rökgaserna behöver du beräkna hur mycket koldioxid det finns (det har du gjort), hur mycket vattenånga det har bildats (det har du också gjort), hur mycket "överblivet" syre det finns kvar (eftersom vi hade ett överskott av luft) och hur mycket kvävgas det finns (för man använde ju luft, inte ren syrgas). När du vet substansmängden av alla dessa fyra gaser kan du beräkna rökgasernas volym, men du behöver alla fyra innan du kan gå vidare.

Exakt! Tackar så hemskt mycket för hjälpen tillsvidare.

Johannsus 13
Postad: 23 aug 2019

Här kommer uträkning på Rökgasens totala volym och volymhalten O2 samt CO2. Är jag på rätt?

Beräkning av volymen rökgas som bildas:

Luft innehåller 79% kvävgas och 21% syrgas. 0,79/0,21 = 3,76 mol kvävgas per mol syrgas

Luftfaktor = 1,1

C8H18+12,5(1,1)(O2+3,76N2)-> 8CO2+9H2O+1,25O2+51,7N2

C8H18+13,75(O2+3,76N2)-> 8CO2+9H2O+1,25O2+51,7N2

M(C8H18) = (1,0079*18)+(12,011*8) = 114,2302 g/mol

n(oktan) = m/M = 42000g / 114,2302g/mol = 367,6785999 mol

T=273+180=453K

Rökgasen som bildas = 8CO2+9H2O+1,25O2+51,7N2

n(CO2) = 8* 367,6785999mol = 2941,428799mol

n(H2O) = 9* 367,6785999mol = 3309,107399mol

n(O2) = 1,25 * 367,6785999mol = 459,5982499mol

n(N2) = 51,7 * 367,6785999mol = 19008,98361mol

Totala substansmängden rökgas = 2941,428799mol+3309,107399mol+459,5982499mol+19008,98361mol =25719,11809mol

Totala volymen rökgas = Vtot=nRT/p =

25719,11809mol*8,3145J mol-1K-1*453K/100000Pa=968,7024802m3

Beräkning av volymhalten CO2 & O2 i rökgasen:

CO2:

V= nRT/p =2941,428799mol*8,3145J mol-1K-1*453K/100000Pa = 110,7879892m3

Volymhalten = 110,7879892m3 / 968,7024802m3 = 0,1143674053 = 11%

O2:

V= nRT/p =459,5982499mol*8,3145J mol-1K-1*453K/100000Pa = 17,31062331m3

Volymhalten = 17,31062331m3 / 968,7024802m3 = 0,01786990708 = 1,9%

 

Svar: Volymen rökgas som bildas är 968,7m3(avrundat), volymhalten för CO2 är 11% och volymhalten för O2 är 1,9%

Du har en värdesiffra i volymen oktan. Hur många värdesiffror bör du ha i volymen rökgaser?

Johannsus 13
Postad: 23 aug 2019
Smaragdalena skrev:

Du har en värdesiffra i volymen oktan. Hur många värdesiffror bör du ha i volymen rökgaser?

allmän regel är väl att man ska inte ange med flera värdesiffror än ingångsvärden. Men i det här fallet så tror jag vi är nöjda med 4 värdersiffror som svar på rökgaser.

Johannsus skrev:
Smaragdalena skrev:

Du har en värdesiffra i volymen oktan. Hur många värdesiffror bör du ha i volymen rökgaser?

allmän regel är väl att man ska inte ange med flera värdesiffror än ingångsvärden. Men i det här fallet så tror jag vi är nöjda med 4 värdersiffror som svar på rökgaser.

Jag skulle svara med högst två värdesiffror.

Johannsus 13
Postad: 23 aug 2019
Smaragdalena skrev:
Johannsus skrev:
Smaragdalena skrev:

Du har en värdesiffra i volymen oktan. Hur många värdesiffror bör du ha i volymen rökgaser?

allmän regel är väl att man ska inte ange med flera värdesiffror än ingångsvärden. Men i det här fallet så tror jag vi är nöjda med 4 värdersiffror som svar på rökgaser.

Jag skulle svara med högst två värdesiffror.

Okej, det är rimligt. Men för övrigt ser det ut som jag lyckats lösa uppgiften korrekt?

Smaragdalena Online 28002 – Moderator
Postad: 23 aug 2019 Redigerad: 23 aug 2019

Jag förstår mig inte på din lösning alls. Hur har du exempelvis kommit fram till det här:

Rökgasen som bildas = 8CO2+9H2O+1,25O2+51,7N2

Vad har det för enhet?

Johannsus 13
Postad: 23 aug 2019
Smaragdalena skrev:

Jag förstår mig inte på din lösning alls. Hur har du exempelvis kommit fram till det här:

Rökgasen som bildas = 8CO2+9H2O+1,25O2+51,7N2

Vad har det för enhet?

Genom balansering. C8H18+12,5(1,1)(O2+3,76N)  -> xCO2+yH2O+zO2+wN2

C:       8=x -> x=8

H:       18=2y -> y = 9

O:       2x+y+2z= (12,5)(1,1)(2) -> z =1,25

N:       w=(1,1)(12,5)(3,76) -> w= 51,7

Johannsus 13
Postad: 25 aug 2019

Om inte detta ovan är rätt tillvägagångssätt för att räkna ut volymen N2 & O2 av rökgasen så behöver jag tämligen hjälp på traven.

  1. Skriv en balanserad reaktionsformel för förbränning av oktan
  2. Beräkna substansmängden oktan
  3. Berräkna substansmängden syre som  går åt
  4. Beräkna substansmängden syrgas som tillförs (det är ju överskott av syre)
  5. Beräkna substansmängden kvävgas som följer med
  6. Beräkna substansmängden koldioxid och vatten som bildas
  7. Nu kan du beräkna hur många volym-% som utgörs av koldioxid respektive vatten
  8. Beräkna hur många mol gas det finns totalt efter förbränningen (vatten räknas som gas)
  9. Beräkna rökgasernas volym.

 

Man kan inte balansera en reaktionsformel genom att tillsätta godtyckliga mängder av diverse reaktanter och icke-reaktanter. En reaktionsformel skall endast innehålla de änen som reagerar.

Johannsus 13
Postad: 28 aug 2019

Beräkning av volymen rökgas som bildas:

Eftersom luft innehåller kväve och syre behöver vi ha med detta i beräkning av volymen rökgaser

Luft innehåller 79 % kvävgas och 21 % syrgas. 0,79/0,21 = 3,76 mol kvävgas per mol syrgas

Luftfaktor = 1,1

M(oktan) = (1,0079*18)+(12,011*8) = 114,2302 g/mol

n(oktan) = m/M = 42000g/114,2302g/mol = 367,6785999 mol

T=273+180=453K

n(syrgas som går åt) = 12,5*367,6785999mol = 4595,982498mol

n(syrgas som tillförs) = 4595,982498mol*1,1 = 5055,58048 mol

n(överskott syrgas) 5055,58048mol - 4595,982498 = 459,59825mol

n(kvävgas) = 359,59825mol * 3,76 = 1728,08942mol

n(CO2) = 8* 367,6785999mol = 2941,428799mol

n(H2O) = 9* 367,6785999mol = 3309,107399mol

Totala substansmängden rökgas =

2941,428799mol+3309,107399mol+459,5982499mol+1728,08942mol =8438,223868mol

Totala volymen rökgas = Vtot=(nRT)/p =

(8438,223868mol*8,3145J mol-1K-1*453K)/100000Pa=317,8230439m3

 

Beräkning av volymhalten CO2 & O2 i rökgasen:

CO2:

V= (nRT)/p =(2941,428799mol*8,3145J mol-1K-1*453K)/100000Pa = 110,7879892m3

Volymhalten = 110,7879892m3/ 317,8230439m3 = 0,3485838781 = 34,9 %

 

O2:

V= (nRT)/p =(459,5982499mol*8,3145J mol-1K-1*453K)/100000Pa = 17,31062331m3

Volymhalten = 17,31062331m3/ 317,8230439m3 = 0,05446623095 = 5,4 %

Svar: Volymen rökgas som bildas är 320m3(avrundat), volymhalten för CO2 är 34,9 % och volymhalten för O2 är 5,4 %

 

Börjar det likna något?

Det är helt orimligt att rökgaserna skulle bestå till 35 % av koldioxid. 1 mol syrgas som reagerar bildar 16/25 mol koldioxid, ett tal som är mindre än 1. Alltså måste det finnas mindre andel av koldioxid i rökgaserna än vad det fanns av syrgas i förbränningsluften.

Försök att skriva lite mer vad det är du gör på varje rad - det är väldigt svårt att följa med i det du skriver.

Hur har du exempelvis beräknat mängden tillförd kvävgas? Om du tillför 5 056 mol syrgas, så följer det med 3,76.5 056 mol kvävgas. Varifrån har du fått siffran 359?

Johannsus 13
Postad: 28 aug 2019
Smaragdalena skrev:

Det är helt orimligt att rökgaserna skulle bestå till 35 % av koldioxid. 1 mol syrgas som reagerar bildar 16/25 mol koldioxid, ett tal som är mindre än 1. Alltså måste det finnas mindre andel av koldioxid i rökgaserna än vad det fanns av syrgas i förbränningsluften.

Försök att skriva lite mer vad det är du gör på varje rad - det är väldigt svårt att följa med i det du skriver.

Hur har du exempelvis beräknat mängden tillförd kvävgas? Om du tillför 5 056 mol syrgas, så följer det med 3,76.5 056 mol kvävgas. Varifrån har du fått siffran 359?

Slarvfel skulle ha stått 459mol vilket var överskottet syrgas. Räknar jag med (3,76*5056mol) kommer jag till samma svar som tidigare uträkning. Är det bara min uträkning för det som inte är godkänd från föregående men svaret är rätt?

Smaragdalena Online 28002 – Moderator
Postad: 28 aug 2019 Redigerad: 28 aug 2019

Dina värden på koldioxid- och ånghalt var rimliga i den förra beräkningen. Uträkningen var obegriplig (för mig åtminstone). Presentationen var betydligt bättre den senaste gången.

Johannsus 13
Postad: 28 aug 2019

Beräkning av volymen rökgas som bildas:

Eftersom luft innehåller kväve och syre behöver vi ha med detta i beräkning av volymen rökgaser

Luft innehåller 79 % kvävgas och 21 % syrgas. 0,79/0,21 = 3,76 mol kvävgas per mol syrgas

Luftfaktor = 1,1

M(C8H18) = (1,0079*18)+(12,011*8) = 114,2302 g/mol

n(oktan) = m/M = 42000g/114,2302g/mol = 367,6785999 mol

T=273+180=453K

n(syrgas som går åt) = 12,5mol*367,6785999mol = 4595,982498mol

n(syrgas som tillförs) = 4595,982498mol*1,1(luftfaktor) = 5055,58048 mol

n(kvävgas som följer med) = 55055,58048mol * 3,76 = 19008,98361mol

n(överskott syrgas) 5055,58048mol - 4595,982498mol = 459,59825mol

n(CO2) = 8* 367,6785999mol = 2941,428799mol

n(H2O) = 9* 367,6785999mol = 3309,107399mol

Totala substansmängden rökgas =

2941,428799mol+3309,107399mol+459,5982499mol+19008,98361mol

=25719,11806mol

Totala volymen rökgas = Vtot=(nRT)/p =

(25719,11806mol*8,3145J mol-1K-1*453K)/100000Pa=968,7024802m3

Beräkning av volymhalten CO2 & O2 i rökgasen:

CO2:

V= (nRT)/p =2941,428799mol*8,3145J mol-1K-1*453K/100000Pa = 110,7879892m3

Volymhalten = 110,7879892m3/ 968,7024802m3= 0,1143674053= 11,4 %

O2:

V= (nRT)/p =(459,5982499mol*8,3145J mol-1K-1*453K)/100000Pa = 17,31062331m3

Volymhalten = 17,31062331m3/ 968,7024802 m3 = 0,01786990708 = 1,8 %

 

Svar: Volymen rökgas som bildas är 970m3(avrundat), volymhalten för CO2 är 11,4 % och volymhalten för O2 är 1,8 %

 

Med 3,76*5056mol kvävgas beräknat

För många värdesiffror i halten av koldioxid, annars ser det vettigt ut (jag har inte kontrollräknat alla dina siffror).

Svara Avbryt
Close