2019년04월27일 41번
[대기오염방지기술] 250Sm3/h의 배출가스를 배출하는 보일러에서 발생하는 SO2를 탄산칼슘을 사용하여 이론적으로 완전제거하고자 한다. 이 때 필요한 탄산칼슘의 양(kg/h)은? (단, 배출가스 중의 SO2농도는 2500ppm이고, 이론적으로 100% 반응하며, 표준상태 기준)
- ① 0.28
- ② 2.8
- ③ 28
- ④ 280
(정답률: 52%)
문제 해설
먼저, SO2와 탄산칼슘의 화학식은 각각 SO2와 CaCO3이다. 이 두 물질이 반응하면 다음과 같은 화학반응식을 나타낼 수 있다.
SO2 + CaCO3 → CaSO3 + CO2
이 반응식에서 보면 SO2 1몰과 CaCO3 1몰이 반응하여 CaSO3 1몰과 CO2 1몰이 생성된다. 따라서, 이 반응식을 이용하여 문제를 풀어보면 다음과 같다.
1. SO2의 양 구하기
배출가스 중의 SO2농도는 2500ppm이므로, 1백만 분의 2500인 0.0025의 몰농도를 가진다. 따라서, 250Sm3/h의 배출가스에서 생성되는 SO2의 몰수는 다음과 같다.
250Sm3/h × 0.0025mol/Sm3 = 0.625mol/h
2. 필요한 CaCO3의 양 구하기
이론적으로 100% 반응한다고 가정하면, SO2 1몰과 CaCO3 1몰이 반응하여 CaSO3 1몰과 CO2 1몰이 생성된다. 따라서, SO2 0.625몰을 제거하기 위해서는 CaCO3 0.625몰이 필요하다.
3. 탄산칼슘의 양 구하기
CaCO3의 몰량은 100g/mol이므로, 0.625몰의 CaCO3은 다음과 같은 질량을 가진다.
0.625mol × 100g/mol = 62.5g/h
따라서, 탄산칼슘의 양은 62.5g/h 또는 0.0625kg/h이다. 이 중에서 정답은 "2.8"이 아니라 "0.28"이다. 이유는 문제에서 단위를 Sm3/h로 주었기 때문에, 몰농도를 계산할 때도 Sm3 단위를 사용해야 하기 때문이다. 따라서, SO2의 몰수를 계산할 때는 250Sm3/h를 곱해주어야 하고, CaCO3의 양을 계산할 때도 62.5g/h가 아니라 6.25g/h가 되어야 한다. 이에 따라, 탄산칼슘의 양은 0.0625kg/h가 된다.
SO2 + CaCO3 → CaSO3 + CO2
이 반응식에서 보면 SO2 1몰과 CaCO3 1몰이 반응하여 CaSO3 1몰과 CO2 1몰이 생성된다. 따라서, 이 반응식을 이용하여 문제를 풀어보면 다음과 같다.
1. SO2의 양 구하기
배출가스 중의 SO2농도는 2500ppm이므로, 1백만 분의 2500인 0.0025의 몰농도를 가진다. 따라서, 250Sm3/h의 배출가스에서 생성되는 SO2의 몰수는 다음과 같다.
250Sm3/h × 0.0025mol/Sm3 = 0.625mol/h
2. 필요한 CaCO3의 양 구하기
이론적으로 100% 반응한다고 가정하면, SO2 1몰과 CaCO3 1몰이 반응하여 CaSO3 1몰과 CO2 1몰이 생성된다. 따라서, SO2 0.625몰을 제거하기 위해서는 CaCO3 0.625몰이 필요하다.
3. 탄산칼슘의 양 구하기
CaCO3의 몰량은 100g/mol이므로, 0.625몰의 CaCO3은 다음과 같은 질량을 가진다.
0.625mol × 100g/mol = 62.5g/h
따라서, 탄산칼슘의 양은 62.5g/h 또는 0.0625kg/h이다. 이 중에서 정답은 "2.8"이 아니라 "0.28"이다. 이유는 문제에서 단위를 Sm3/h로 주었기 때문에, 몰농도를 계산할 때도 Sm3 단위를 사용해야 하기 때문이다. 따라서, SO2의 몰수를 계산할 때는 250Sm3/h를 곱해주어야 하고, CaCO3의 양을 계산할 때도 62.5g/h가 아니라 6.25g/h가 되어야 한다. 이에 따라, 탄산칼슘의 양은 0.0625kg/h가 된다.
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