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Combustione del monossido di carbonio
Esercizio sulla combustione del monossido di carbonio
In un recipiente vuoto del volume di 850 mL vengono introdotti 250 mL di O2 misurati a 40°C e 15 atm e 500 mL di CO misurati a 30°C e 20 atm.
All'interno del recipiente avviene la seguente reazione:
2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g)
Alla t= 25°C e a reazione terminata, determinare le frazioni molari dei gas all'interno del recipiente e la pressione totale.
Svolgimento dell'esercizio
Convertiamo le temperature in Kelvin:
T = t + 273 = 40 + 273 = 313 K
T = t + 273 = 30 + 273 = 303 K
T = t + 273 = 25 + 273 = 298 K
Applichiamo l'equazione di stato dei gas perfetti e determiniamo il numero di moli di O2 introdotte nel recipiente.
Da cui:
n = (P · V) / (R · T)
Sostituiamo i dati in nostro possesso e determiniamo il numero di moli di O2:
n (O2) = (P · V) / (R · T) = (15 · 0,25) / (0,0821 · 313) = 0,146 mol
Allo stesso modo determiniamo il numero di moli di CO:
n (CO) = (P · V) / (R · T) = (20 · 0,5) / (0,0821 · 303) = 0,402 mol
All'interno del recipiente avviene la seguente reazione:
2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g)
Dai coefficienti stechiometrici della equazione chimica è possibile notare che 2 moli di CO reagiscono con 1 mole di O2.
Per fare reagire completamente 0,146 moli di O2 sono richieste 0,146 · 2 = 0,292 moli di CO.
Rimangono quindi in eccesso:
0,402 - 0,292 = 0,110 moli di CO
Dalla reazione si formano invece 0,146 · 2 = 0,292 moli di CO2.
Riassumendo:
.....................................2CO(g) + ...........O2(g) → .........2CO2(g)
moli iniziali........................0,402.............0,146................./
moli consumate/prodotte.......-0,292............-0,146.............+0,292
moli finali.........................0,110................/................0,292
Il numero di moli totali presenti nel recipiente è:
ntot = 0,110 + 0,292 = 0,402 mol
La frazione molare (X) del componente imo di una miscela di gas è data dal rapporto tra il numero delle moli del componente imo e il numero di moli totali.
Ximo = nimo / ntot
Determiniamo la frazione molare di CO:
XCO = 0,110 / 0,402 = 0,273
Nello stesso modo determiniamo la frazione molare di CO2:
XCO2 = 0,292 / 0,402 = 0,727
Per determinare la pressione totale esercitata dalla miscela di gas applichiamo l'equazione generale dei gas perfetti:
Ptot = (ntot · R · T) / V = (0,402 · 0,0821 · 298) / 0,850 = 11,57 atm
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