Как определить стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения пропан-бутана?

Чтобы определить стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения смеси пропана и бутана, нужно действовать шаг за шагом, исходя из закона сохранения массы и формулы полного сгорания углеводородов. Давай разберём подробно.

1. Записываем формулы горения углеводородов

Для пропана ($C_3H_8$) и бутана ($C_4H_{10}$) полное сгорание идёт по схеме:

Для каждого углеводорода отдельно:

1. Пропан:

2. Бутан:

2. Определяем количество молекул кислорода для сгорания одного моля

• Вода содержит 2 атома водорода, значит каждый молекула воды забирает половину молекулы кислорода для H₂.

• CO₂ содержит один атом углерода и два атома кислорода.

Для пропана:

• Углерод: 3 атома → 3 CO₂ → нужно 3 × 2 = 6 атомов O

• Водород: 8 атомов → 4 H₂O → нужно 4 × 1 = 4 атома O

• Всего атомов O = 6 + 4 = 10

• Так как O₂ — молекула кислорода с 2 атомами → 10 / 2 = 5 молекул O₂

Итак, реакция горения пропана:

Для бутана:

• Углерод: 4 атома → 4 CO₂ → 8 атомов O

• Водород: 10 атомов → 5 H₂O → 5 атомов O

• Всего атомов O = 8 + 5 = 13

• Молекул O₂ = 13 / 2 = 6,5

Чтобы избежать дробей, обычно умножаем на 2:

3. Определяем коэффициент для смеси

Если у нас смесь пропана и бутана, нужно знать их мольные или массовые доли. Обозначим:

• $a$ — количество молей пропана

• $b$ — количество молей бутана

Тогда суммарное потребление кислорода:

Если хотим целые коэффициенты, можем умножить всю реакцию на 2:

И окончательная реакция для смеси в целых коэффициентах:

После этого объединяем CO₂ и H₂O:

4. Итог

Стехиометрический коэффициент кислорода для смеси определяется по формуле:

где $n_{C_3H_8}$ и $n_{C_4H_{10}}$ — количество молей пропана и бутана в смеси.

Если нужно целое число, можно умножить на 2: