Каков состав газа в коксовых печах в объемном виде? Какой процент в нем составляют H2, CH4, CO, CO2 и N2? Какую

Состав газа в коксовых печах может варьироваться в зависимости от различных факторов, таких как тип источника угля, условия сжигания и температура. Однако, обычно в составе газа можно встретить следующие компоненты: водород (H2), метан (CH4), оксид углерода (CO), двуокись углерода (CO2) и азот (N2).

Для решения задачи нам понадобятся некоторые данные о составе газа в коксовых печах. Допустим, что имеется следующий состав газа:
- H2: 48%
- CH4: 35%
- CO: 8%
- CO2: 6%
- N2: 3%

Перейдем к вычислению молекулярной массы газа, используя массовые проценты каждого компонента и известные молекулярные массы элементов:
\[M = (M_H2 \times \%_{H2}) + (M_{CH4} \times \%_{CH4}) + (M_{CO} \times \%_{CO}) + (M_{CO2} \times \%_{CO2}) + (M_{N2} \times \%_{N2})\]

Где \(M_H2\), \(M_{CH4}\), \(M_{CO}\), \(M_{CO2}\) и \(M_{N2}\) - молекулярные массы соответствующих газов.

Известные молекулярные массы:
- \(M_H2 = 2\) г/моль
- \(M_{CH4} = 16\) г/моль
- \(M_{CO} = 28\) г/моль
- \(M_{CO2} = 44\) г/моль
- \(M_{N2} = 28\) г/моль

Вычисляем:
\[M = (2 \times 48) + (16 \times 35) + (28 \times 8) + (44 \times 6) + (28 \times 3)\]
\[M = 96 + 560 + 224 + 264 + 84 = 1228 \text{ г/моль}\]

Теперь вычислим массовые доли каждого газа в общей массе газа:
- Массовая доля H2: \(\%\text{H2} = \frac{\text{масса H2}}{\text{общая масса газа}} \times 100\)
- Массовая доля CH4: \(\%\text{CH4} = \frac{\text{масса CH4}}{\text{общая масса газа}} \times 100\)
- Массовая доля CO: \(\%\text{CO} = \frac{\text{масса CO}}{\text{общая масса газа}} \times 100\)
- Массовая доля CO2: \(\%\text{CO2} = \frac{\text{масса CO2}}{\text{общая масса газа}} \times 100\)
- Массовая доля N2: \(\%\text{N2} = \frac{\text{масса N2}}{\text{общая масса газа}} \times 100\)

Вычисляем:
\[\%\text{H2} = \frac{2}{1228} \times 100 \approx 0.16\% \]
\[\%\text{CH4} = \frac{560}{1228} \times 100 \approx 45.64\% \]
\[\%\text{CO} = \frac{224}{1228} \times 100 \approx 18.23\% \]
\[\%\text{CO2} = \frac{264}{1228} \times 100 \approx 21.51\% \]
\[\%\text{N2} = \frac{84}{1228} \times 100 \approx 6.84\% \]

Теперь рассмотрим газовую постоянную \(R\). Она связана с универсальной газовой постоянной \(R_0\) следующим образом:
\[R = \frac{R_0}{M}\]
Где \(R_0 = 8.314\) Дж/(моль·К) - универсальная газовая постоянная, а \(M\) - молекулярная масса газа, которую мы уже вычислили (\(M = 1228\) г/моль).

Вычисляем:
\[R = \frac{8.314}{1228} \approx 0.00676 \text{ Дж/(г·К)}\]

Теперь рассмотрим плотность газа. Плотность газа можно выразить через его молекулярную массу и газовую постоянную следующим образом:
\[\rho = \frac{PM}{RT}\]
Где \(P\) - давление газа, \(R\) - газовая постоянная, \(T\) - температура в Кельвинах.

Подставим известные значения:
\[\rho = \frac{P \times 1228}{0.00676 \times 288.15}\]
\[15ºC = 288.15K\] (температура 15ºC в Кельвинах)

Теперь рассмотрим парциальные давления газа. Парциальное давление \(P_i\) каждого газа можно выразить через его массовую долю и общее давление \(P_{\text{общ}}\) следующим образом:
\[P_i = \%\text{газа} \times P_{\text{общ}}\]

Вычисляем:
\[P_{\text{H2}} = 0.16\% \times P_{\text{общ}}\]
\[P_{\text{CH4}} = 45.64\% \times P_{\text{общ}}\]
\[P_{\text{CO}} = 18.23\% \times P_{\text{общ}}\]
\[P_{\text{CO2}} = 21.51\% \times P_{\text{общ}}\]
\[P_{\text{N2}} = 6.84\% \times P_{\text{общ}}\]

Надеюсь, что этот подробный ответ поможет вам понять состав газа в коксовых печах и решить поставленную задачу. Если у вас возникнут дополнительные вопросы, не стесняйтесь задавать их. Я всегда готов помочь!