Сколько воздуха требуется для полного сгорания 92 мл этанола с плотностью 0,8 г/мл? Какова объёмная доля кислорода

Давайте начнем с расчета количества воздуха, необходимого для полного сгорания этанола.

Сначала мы должны найти массу этанола. Для этого умножим его объем на плотность:

\( масса = объем \times плотность \)

В данном случае, объем этанола равен 92 мл, а плотность этанола составляет 0,8 г/мл. Подставляя значения в формулу, получим:

\( масса = 92 \, мл \times 0,8 \, г/мл \)

\( масса = 73,6 \, г \)

Теперь, чтобы найти количество воздуха, необходимого для полного сгорания этанола, мы должны определить количество кислорода, требующееся для сгорания этанола. В реакции сгорания этанола, каждая молекула этанола (C2H5OH) требует 3 молекул кислорода (O2):

\( C_2H_5OH + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O \)

Коэффициенты перед реагентами показывают стехиометрическое соотношение между ними.

Итак, у нас есть масса этанола, и мы знаем его молярную массу (46 г/моль). Можем использовать эти данные, чтобы найти количество вещества этанола в молях:

\( количество \, вещества = масса / молярная \, масса \)

\( количество \, вещества = 73,6 \, г / 46 \, г/моль \)

\( количество \, вещества = 1,6 \, моль \)

Используя стехиометрическое соотношение, мы можем определить количество молекул кислорода, необходимых для полного сгорания этанола:

\( количество \, кислорода = количество \, этанола \times 3 \)

\( количество \, кислорода = 1,6 \, моль \times 3 \)

\( количество \, кислорода = 4,8 \, моль \)

Теперь мы можем найти объем кислорода, используя его уравнение состояния и идеальный газовый закон:

\( объем = количество \, вещества \times газовая \, постоянная \times температура / давление \)

Газовая постоянная - это физическая константа, равная 8,314 Дж/(моль⋅К).

В данной задаче мы не имеем информации о температуре и давлении, поэтому по умолчанию предположим, что температура и давление равны стандартным условиям (0°C и 1 атм).

Расчет:

\( объем = 4,8 \, моль \times 8,314 \, Дж/(моль⋅К) \times 273,15 \, K / 1 \, атм \)

\( объем = 102,8 \, л \)

Итак, для полного сгорания 92 мл этанола потребуется примерно 102,8 л воздуха.

Далее, нужно определить объемную долю кислорода в этаноле. Прежде всего, определим массовую долю кислорода в одной молекуле этанола (C2H5OH). Массовая доля кислорода в этой молекуле равна:

\( массовая \, доля \, кислорода = масса \, атома \, кислорода / масса \, этанола \)

Масса одного атома кислорода - примерно 16 г/моль (округленно, с учетом изотопов).

Масса этанола - 46 г/моль.

\( массовая \, доля \, кислорода = 16 \, г/моль / 46 \, г/моль \)

\( массовая \, доля \, кислорода = 0,348 \)

Теперь мы можем определить объемную долю кислорода в этаноле, используя идеальный газовый закон:

\( объемная \, доля = массовая \, доля \times плотность / молярная \, масса \)

У нас уже есть массовая доля (0,348), плотность этанола (0,8 г/мл) и его молярная масса (46 г/моль).

\( объемная \, доля = 0,348 \times 0,8 \, г/мл / 46 \, г/моль \)

\( объемная \, доля = 0,006 \, мл/мл \)

Итак, объемная доля кислорода в этаноле составляет приблизительно 0,006 мл/мл.