Химия

Состав каменного угля можно представить в виде таблицы



При сгорании каменного угля происходят реакции

$C + O_2 = CO_2$, $n_C = n_{O_2} = n_{CO_2}$,
$S + O_2 = SO_2$, $n_S = n_{O_2} = n_{SO_2}$
$H_2 + 0,5O_2 = H_2O$, $n_{H_2} = 0,5n_{O_2} = n_{H_2O}$.

На основании приведенных реакций и указанного (в молях) содержания элементов в каменном угле определяется расход кислорода и объем продуктов сгорания, газообразны при $227^{\circ} С$. Эти величины удобно представить в виде таблицы



Для газов объемные отношения совпадают с мольными, т. е. 21 % кислорода по объему соответствует наличию в 100 молях смеси 21 моля кислорода и 79 молей других газов ($N_2, Ar, CO_2$). Для сгорания 1 кг угля необходимо 88,59 молей $O_2$, которые содержатся в $х$ молях воздуха, при этом остается $у$ молей негорючих газов

$21 - 100 - 79$
$88,59 - x - у$
$x = \frac{88,59 \cdot 100}{21} = 422,9$ моля; $у = \frac{88,59 \cdot 79}{21} = 334,3$ моля.

1 моль газа занимает объем 22,4 л, или $0,0224 м^3$. Тогда объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг угля, будет равен $422,9 \cdot 0,0224 = 9,43 м^3$.

При сгорании 1 кг угля образуется 108,29 моля газов и остается 334,3 моля негорючих газов, кроме того, по условию задачи, воздух берется с 20%-ным избытком, т. е. на $422,9 \cdot 0,2 = 84,58$ моля больше. Таким образом, общая смесь топочных газов будет содержать $108,29 + 334,3 + 84,58 = 527$ молей.

Объем этой газовой смеси определяем по формуле

$V = \frac{nRT}{p} = \frac{527 \cdot \cdot 0,082 \cdot 500 \cdot 760}{700} = 23485,9 \: л \approx 23,49 м^3$.

(При подстановке величин взято значение $R = 0,082 л \cdot атм/К$, поэтому давление, которое в этом случае следует выражать в атм, будет равно

$p = \frac{700 \: мм рт. ст.}{760 \: мм рт. ст.}$ атм).