[scheikunde] Warmtecapaciteit van een gasmengsel berekenen

Arnowmoan

Beste,

Ik zit met twee problemen bij de bespreking van een verbranding van propaan. De beschrijving van het experiment luidt als volgt:

Een vat met binnendiameter Dvat = 125 mm, staaldikte Diktewand = 6 mm en hoogte Hoogtevat = 300 mm wordt gevuld met 0.6 liter gasmengsel van 580 ml lucht en 20 ml propaan en op een bepaalde hoogte boven de grond bevestigd en bovenaan tegengehouden door een wand. Het resterende volume van het vat is gevuld met water. In het vat zit onderaan een opening met een bepaalde diameter Dopening.= 20 mm. In eerste instantie is deze opening bedekt met een stop die vastgehouden wordt door een elektromagneet.

Het gasmengsel wordt ontstoken en de verbrandingsreactie gaat ogenblikkelijk op.

In praktijk gebeurt nu het volgende: een druksensor meet de bekomen druk in het gas en als deze hoog genoeg is wordt via een signaal de elektromagneet gelost waardoor de stop onderaan het vat naar beneden kan vallen en al het water wordt uitgestuwd. Tussen de wand en het vat zit een krachtcel die de resulterende kracht gaat opmeten.

Als reactievergelijking had ik:

C3H8 + 5O2 --> 3 CO2 + 4H2O

Dan berekende ik de volumes:

0,020L C3H8

0,580L lucht waarbij lucht 21% O2 en 78% N2 heeft.

==> 3,08 L H20 (=het totale volume min de volumes van lucht en propaan)

Met het molair volume van gassen bij kamertemperatuur (Vm=24,5 L/mol) berekende ik dan de aantallen mol:

0,000816 mol C3H8

0,00497mol 02

0,01847 mol N2

170,62 mol H2O (met 18g/mol molair gewicht)

Dan veronderstelde ik dat de vergelijking volledig opgaand was en alle C3H8 dus wegreageert en daarbij volgende stoffen vormt:

0,002448 mol C02

+ 0,003246 mol gevormde H2O (bovenop de reeds aanwezige)

Dan zou er nog 0,00089 mol O2 overblijven.

Nu vraagt men om het totaal aantal mol gasproducten te geven. Nu is er al sowieso 0,002448 mol C02 gevormd als gasproduct. Wat is er buiten CO2 en H20 nog over in het gasmengsel? Is dit gewoon de overschot 02 ( 0,00089 mol) of reageert deze weg volgens volgende reactievergelijking?

O2 + N2 -> 2NO

En moet dan het aantal mol gevormde NO bij het totaal aantal mol gasproducten opgeteld worden?

Als tweede vraagt men vervolgens om de warmteproductie van het experiment te berekenen.

Daarbij heb ik reeds de verbrandingsenthalpie berekend. Ook zijn alle soortelijke warmten van de gassen gegeven. Kan iemand me misschien helpen hoe ik met deze gegevens (en uiteraard de reactievergelijking) de warmteproductie van dit experiment kan berekenen?

Ik hoop echt dat iemand me hier bij kan helpen, heel hard bedankt al!

Marjanne

De zuurstof verbrandt niet de stikstof, verwacht ik. Ik denk niet dat je het heel moeilijk moet doen. Feitelijk lost ook nog een deel van de CO₂ op in het vloeibare water.

Ik denk dat het antwoord je gevormde CO₂, gevormde H₂O, het restant O₂ en de N₂ (!) moet zijn.

In welke eenheid moet je de warmteproductie uitdrukken?

Als dat in Joule is, dan ben je er al als je de verbrandingswarmte uitrekent die vrijkomt bij de verbranding van de propaan. Daarvoor heb je alleen de verbrandingsenthalpie en het aantal mol propaan nodig.

Als het in °C is, dan heb je inderdaad de soortelijke warmte van de gassen nodig. Maar dan zit je ook met het vloeibare water, dat ook warmte zal opnemen.

Arnowmoan

Ik zit met een gasmengsel met 4 componenten (CO2, H20, N2 en NO) waarvan ik de warmtecapaciteit wil berekenen.

De hoeveelheden in mol zijn:

CO2: 0,002448 mol

NO: 0,00178 mol

H20: 0,003246 mol

N2: 0,01758 mol

Daarbij vind ik in een tabel met waarden Cp,m (in J/(K.mol))

Cp,m(CO2): 37,11

Cp,m(NO): 29,884

Cp,m(H20): 33,58

Cp,m(N2): 29,125

Vermits ik een formule heb voor de warmtecapaciteit van een gasmengsel:

C = m1.c1 + m2.c2 + .... waarbij m de massa is van een component en c de soortelijke warmte (in J/(K.kg))

en de Cp,m in J/(K.mol) staat dacht ik deze Cp,m waarden telkens met hun respectievelijke aantal mol de vermenigvuldigen en zo:

C = 37,11*0,002448 + 29,884* 0,00178 + 33,58*0,003246 + 29,125*0,01758 = 0,766 J/K

als uitkomst te bekomen. Nu heb ik geen flauw idee van welke grootorde warmtecapaciteiten zijn. Kan iemand me misschien helpen of dit antwoord klopt of waar ik anders een fout maak?

Bedankt

Ronnie_CF

De grootte orde is gelijk aan de warmtecapaciteiten van je gegevens. Je zal dus iets tussen de 37 en de 30 in J/(K.mol) moeten uitkomen.

Je totaal hoeveelheid mol is ongeveer 0.025 mol. Zit er anders nog iets in je mengsel, of gaat het louter om dit product, met een dergelijke samenstelling?

Marjanne

Dubbelposten is niet toegestaan. Je tweede post sluit naadloos aan bij de eerste, in mijn ogen een dubbelpost.

Dus hier verder in één topic. [-X

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[scheikunde] Warmtecapaciteit van een gasmengsel berekenen

[scheikunde] Warmtecapaciteit van een gasmengsel berekenen

Re: [scheikunde] Warmtecapaciteit van een gasmengsel berekenen

Re: [scheikunde] Warmtecapaciteit van een gasmengsel berekenen

Re: [scheikunde] Warmtecapaciteit van een gasmengsel berekenen

Re: [scheikunde] Warmtecapaciteit van een gasmengsel berekenen