2016년05월08일 32번

[연소공학]
부피비 99%의 메탄(CH₄)과 미량의 불순물로 구성된 탄화수소 혼합가스 3L를 완전연소할 때 필요한 이론적 공기량(L)은?

① 약 9.4
② 약 13.5
③ 약 19.8
④ 약 28.3

(정답률: 47%)

문제 해설

메탄(CH₄)의 분자식은 C₁H₄이므로, 3L의 메탄(CH₄)는 3 몰(mol)이다. 이를 완전연소시키면 다음과 같은 반응식이 일어난다.

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

반응식에서 보듯이, 1 몰의 메탄(CH₄)을 연소시키기 위해서는 2 몰의 산소(O₂)가 필요하다. 따라서 3 몰의 메탄(CH₄)을 연소시키기 위해서는 6 몰의 산소(O₂)가 필요하다.

공기는 약 21%의 산소(O₂)와 약 79%의 질소(N₂)로 이루어져 있다. 따라서, 이론적으로 필요한 공기량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

3 몰 CH₄ × 6 몰 O₂/1 몰 CH₄ × (1 mol O₂/0.21 mol 공기) = 약 85.7 L 공기

따라서, 이론적으로 필요한 공기량은 약 85.7 L이다. 하지만 문제에서는 "부피비 99%의 메탄(CH₄)과 미량의 불순물로 구성된 탄화수소 혼합가스"라고 하였으므로, 실제로는 공기 대비 메탄(CH₄)의 부피비가 매우 작을 것이다. 따라서, 이론적으로 필요한 공기량보다 적은 양의 공기만으로도 충분히 연소시킬 수 있다.

이러한 이유로, 정답은 "약 28.3"이다.

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