题目
煤的元素分析结果如下：S0.6%；H3.7%；C79.5%；N0.9%；O4.7%；灰分10.6%。在空气过剩20%条件下完全燃烧。计算烟气中SO2的浓度。
煤的元素分析结果如下：S0.6%；H3.7%；C79.5%；N0.9%；O4.7%；灰分10.6%。在空气过剩20%条件下完全燃烧。计算烟气中SO2的浓度。
题目解答
答案
解：设煤的质量为1000g，则S元素质量为6g，燃烧产生二氧化硫，结合S+O2=SO2可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{6}{32}$mol=0.1875mol，H元素质量为37g，结合2H+O=H2O可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{37}{2}$mol=18.5mol，C元素质量为795g，结合C+O2=CO2可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{795}{12}$=397.5mol，N元素质量为9g，N元素转化为NO2，需要的氧气的物质的量为$\frac{9}{14}$mol=0.6429mol，
故共需要氧元素的物质的量为0.1875mol+18.5mol+397.mol+0.6429mol=416.8304mol，煤炭含有的O元素质量为47g，对应的物质的量为2.9375mol，故还需要氧气的物质的量为413.8929mol，在空气过剩20%且氧气占空气体积21%条件下，即需要的空气的物质的量为$\frac{413.8929}{80%×21%}$≈2463.6482mol，同等条件下，产生的二氧化硫的物质的量为0.1875mol，结合方程式可知，H元素燃烧产生液态水，不计算气体体积，燃烧后剩余气体的总物质的量为2463.6482-18.5mol=2445.1482mol，SO2的浓度=$\frac{0.1875}{2445.1482}×100%$≈0.0077%，
答：烟气中SO2的浓度为0.0077%。
故共需要氧元素的物质的量为0.1875mol+18.5mol+397.mol+0.6429mol=416.8304mol，煤炭含有的O元素质量为47g，对应的物质的量为2.9375mol，故还需要氧气的物质的量为413.8929mol，在空气过剩20%且氧气占空气体积21%条件下，即需要的空气的物质的量为$\frac{413.8929}{80%×21%}$≈2463.6482mol，同等条件下，产生的二氧化硫的物质的量为0.1875mol，结合方程式可知，H元素燃烧产生液态水，不计算气体体积，燃烧后剩余气体的总物质的量为2463.6482-18.5mol=2445.1482mol，SO2的浓度=$\frac{0.1875}{2445.1482}×100%$≈0.0077%，
答：烟气中SO2的浓度为0.0077%。
解析
步骤 1：计算S元素燃烧生成SO_2所需的氧气量
设煤的质量为1000g，则S元素质量为6g，燃烧产生二氧化硫，结合S+O_2=SO_2可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{6}{32}$mol=0.1875mol。
步骤 2：计算H元素燃烧生成H_2O所需的氧气量
H元素质量为37g，结合2H+O=H_2O可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{37}{2}$mol=18.5mol。
步骤 3：计算C元素燃烧生成CO_2所需的氧气量
C元素质量为795g，结合C+O_2=CO_2可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{795}{12}$=397.5mol。
步骤 4：计算N元素燃烧生成NO_2所需的氧气量
N元素质量为9g，N元素转化为NO_2，需要的氧气的物质的量为$\frac{9}{14}$mol=0.6429mol。
步骤 5：计算总需氧气量
故共需要氧元素的物质的量为0.1875mol+18.5mol+397.5mol+0.6429mol=416.8304mol。
步骤 6：计算煤中O元素的物质的量
煤炭含有的O元素质量为47g，对应的物质的量为2.9375mol。
步骤 7：计算需要的空气的物质的量
故还需要氧气的物质的量为416.8304mol-2.9375mol=413.8929mol，在空气过剩20%且氧气占空气体积21%条件下，即需要的空气的物质的量为$\frac{413.8929}{80%×21%}$≈2463.6482mol。
步骤 8：计算燃烧后剩余气体的总物质的量
同等条件下，产生的二氧化硫的物质的量为0.1875mol，结合方程式可知，H元素燃烧产生液态水，不计算气体体积，燃烧后剩余气体的总物质的量为2463.6482-18.5mol=2445.1482mol。
步骤 9：计算SO_2的浓度
SO_2的浓度=$\frac{0.1875}{2445.1482}×100%$≈0.0077%。
设煤的质量为1000g，则S元素质量为6g，燃烧产生二氧化硫，结合S+O_2=SO_2可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{6}{32}$mol=0.1875mol。
步骤 2：计算H元素燃烧生成H_2O所需的氧气量
H元素质量为37g，结合2H+O=H_2O可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{37}{2}$mol=18.5mol。
步骤 3：计算C元素燃烧生成CO_2所需的氧气量
C元素质量为795g，结合C+O_2=CO_2可知，需要的氧气的物质的量为$\frac{795}{12}$=397.5mol。
步骤 4：计算N元素燃烧生成NO_2所需的氧气量
N元素质量为9g，N元素转化为NO_2，需要的氧气的物质的量为$\frac{9}{14}$mol=0.6429mol。
步骤 5：计算总需氧气量
故共需要氧元素的物质的量为0.1875mol+18.5mol+397.5mol+0.6429mol=416.8304mol。
步骤 6：计算煤中O元素的物质的量
煤炭含有的O元素质量为47g，对应的物质的量为2.9375mol。
步骤 7：计算需要的空气的物质的量
故还需要氧气的物质的量为416.8304mol-2.9375mol=413.8929mol，在空气过剩20%且氧气占空气体积21%条件下，即需要的空气的物质的量为$\frac{413.8929}{80%×21%}$≈2463.6482mol。
步骤 8：计算燃烧后剩余气体的总物质的量
同等条件下，产生的二氧化硫的物质的量为0.1875mol，结合方程式可知，H元素燃烧产生液态水，不计算气体体积，燃烧后剩余气体的总物质的量为2463.6482-18.5mol=2445.1482mol。
步骤 9：计算SO_2的浓度
SO_2的浓度=$\frac{0.1875}{2445.1482}×100%$≈0.0077%。