プロパンの燃焼ガスの組成について

質問

プロパンを過剰空気率４０％で燃焼させる。炭素の３％が一酸化炭素になるものとして、燃焼ガスの組成を求めよ（空気の組成は窒素：酸素＝７９：２１とする）、という問題があるのですが、よく分かりません。
分からないのは空気にどのくらいの酸素の物質量(mol)がふくまれているのかです。

以下は自分が考えたものです。
プロパンについて

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O　上

C3H8 + (7/2)O2 → 3CO + 4H2O　下

の反応が起こるというのはわかります。

ここで、酸素を100mol供給したとし、その酸素が二酸化炭素の生成、つまり上の反応しかおきなかったとします。このとき、100molの酸素と等量反応するプロパンは100÷5=20molです。
ただ、実際には炭素の３％は一酸化炭素が生成するため、上の反応は９７％しか起こらない。
よってプロパンは20*0.97=19.4molだけ上の反応に使われます。残りのプロパン0.6molは下の反応に使われます。
しかし100mol酸素を供給したといっても、実際は上の反応で必要な酸素量は19.4*5=97molであり、下の反応で必要な酸素量は0.6*7/2=2.1molだけ。だから実際に反応に使われる酸素は97+2.1=99.1molだけです。
よって、空気に含まれている酸素の物質量は空気過剰率が４０％であるのことを考えて、99.1*(1+0.4)=138.74molとこのように考えました。
しかし、このように考えていろいろ計算していくと答えに合わないのです。

答えに合うようにするには、空気に含まれている酸素の物質量を100*(1+0.4)=140molとして計算していくと答えと一致するのですが・・・。

どなたかお分かりになる方、ご教授願います。

回答No.1

102800 · ベストアンサー

とりあえず最初から解いていきます。プロパンの物質量を100molとすると、

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O　上
C3H8 + (7/2)O2 → 3CO + 4H2O　下

となり条件より、上のプロパンの物質量は97molになり下のプロパンの物質量は3molになります。そしてこのときのプロパンの燃焼に必要な酸素の物質量は

　（97×5）＋（3×7/2）＝495.5

となります。ここで空気過剰率というのは

　｛（供給した酸素の量ー燃焼に必要な酸素の量）/燃焼に必要な酸素の物質量｝×100

なので
　実際に供給した酸素の物質量＝693.7

となるので組成は
　 CO2：97mol　CO ：3mol O2 :(693.7-495.5)=198.2 mol　N2:693.7×79/21＝2610mol　

となります。
　あなたの考えでいけなかったのは酸素を100mol供給したとしたときのプロパンの物質量20molとはプロパンがすべて完全燃焼したときのことで不完全燃焼したときのことを考慮にいれていないからだとおもいます

お礼

なるほど、よく分かりました。
本当にありがとうございました。
それから、お礼が遅くなりすみません。