160 m3 실내 부탄 2.23 kg 완전연소 시 산소농도(V/V%)

24. 내용적 160 m3의 밀폐된 실내에서 부탄 2.23 kg을 완전연소 시 실내의 산소농도(V/V%)는? (단, 표준상태이며, 기타조건은 무시하며, 공기 중 용적산소비율은 21%)

① 15.6%

② 17.5%

③ 19.4%

④ 20.8%

표준상태에서 기체 1 mol = 22.4 L 이므로,

( 참고 https://ywpop.tistory.com/8321 )

연소 반응 전, 공기의 몰수

= (160 m3) (1000 L / 1 m3) (1 mol / 22.4 L)

= (160) (1000) (1 / 22.4)

= 7142.857 mol

연소 반응 전, O2의 몰수

= 7142.857 mol × (21/100)

= 1500.000 mol

부탄, C4H10의 몰질량

= 4(12) + 10(1) = 58 g/mol 이므로,

2230 g 부탄의 몰수

= 2230 g / (58 g/mol)

= 38.448 mol

부탄 연소 반응식

2C4H10(g) + 13O2(g) → 8CO2(g) + 10H2O(g)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7441 )

C4H10 : O2 = 2 : 13 계수비(= 몰수비) 이므로,

38.448 mol C4H10 연소에 필요한

O2의 몰수를 계산하면,

C4H10 : O2 = 2 : 13 = 38.448 mol : ? mol

? = 13 × 38.448 / 2 = 249.912 mol

---> 이만큼 O2가 소비(감소).

---> C4H10은, 한계 반응물이므로,

반응 후, 존재하지 않음.

생성된 CO2와 H2O의 몰수를 계산하면,

C4H10 : CO2 + H2O = 2 : 18 = 38.448 mol : ? mol

? = 18 × 38.448 / 2 = 346.032 mol

연소 반응 후, 공기의 몰수

= 7142.857 – 249.912 + 346.032

= 7238.977 mol

실내의 산소농도(V/V%)를 계산하면,

(O2의 몰수 / 공기의 몰수) × 100

= (1500.000 – 249.912) / 7238.977 × 100

= 17.269%

답: ② 17.5%

[키워드] 화학량론 기준, 부탄 연소 반응 기준

160 m3 실내 부탄 2.23 kg 완전연소 시 산소농도(V/V%)