2022년04월24일 13번

[연소공학]
수소 4kg을 과잉공기계수 1.4의 공기로 완전 연소시킬 때 발생하는 연소가스 중의 산소량은 약 몇 kg인가?

① 3.20
② 4.48
③ 6.40
④ 12.8

(정답률: 24%)

문제 해설

수소(H2)와 공기(O2)가 완전 연소할 때 발생하는 반응식은 다음과 같습니다.

2H2 + O2 → 2H2O

이 반응식에서 수소 2몰과 산소 1몰이 반응하여 수소화합물인 물(H2O)이 생성됩니다. 이때, 1몰의 수소와 0.5몰의 산소가 반응하여 1몰의 물이 생성되므로, 2몰의 수소와 1몰의 산소가 반응하여 2몰의 물이 생성됩니다.

따라서, 4kg의 수소는 2몰에 해당하며, 이에 대응하는 산소의 양은 1몰에 해당합니다. 산소의 분자량은 32g/mol이므로, 1몰의 산소는 32g입니다. 따라서, 2몰의 산소는 64g 또는 0.064kg입니다.

하지만, 이 문제에서는 수소를 과잉공기계수 1.4의 공기와 함께 연소시키라고 명시되어 있습니다. 이는 수소와 공기의 몰비가 1:1.4임을 의미합니다. 따라서, 4kg의 수소와 함께 연소시키는 공기의 양은 1.4×2몰=2.8몰입니다.

공기는 대략적으로 78%의 질소(N2)와 21%의 산소(O2)로 이루어져 있습니다. 따라서, 2.8몰의 공기 중에서 산소의 양은 21/100×2.8몰×32g/mol=18.816g 또는 0.018816kg입니다.

따라서, 수소 4kg과 함께 연소시키는 공기계수 1.4의 공기로 완전 연소시킬 때 발생하는 연소가스 중의 산소량은 대략 0.0188kg입니다. 이 값은 보기 중에서 "12.8"이 아니므로, 정답은 "12.8"이 아닙니다.

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