Esercizio - altoforno e combustione dell'ottano - masse di reagenti e prodotti
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Testo. Masse molari (g/mol): Fe , , CO , , , , .
Parte A, altoforno. Il ferro si ottiene riducendo l'ematite con monossido di carbonio: . Si caricano di minerale che contiene l' in massa di (il resto è ganga che non reagisce).
- Massa teorica di ferro, massa di CO necessaria e di prodotta (resa ).
- Massa di ferro ottenuta con resa del .
- Verificare la conservazione della massa nel caso teorico.
Parte B, combustione dell'ottano. .
- Per di ottano: massa di necessaria, di e di prodotte, e massa d'aria stechiometrica (l'aria contiene il di in massa).
- Un'automobile consuma di benzina ogni (densità , supposta ottano puro): quanta emette per chilometro?
- Domanda teorica: perché la massa di emessa è maggiore di quella del combustibile?
1. Altoforno: caso teorico
Massa di : . In moli (lavorando in kmol, con le masse in kg/kmol uguali ai g/mol):
- Ferro: , .
- CO necessario: , .
- : , .
2. Con resa
Il ferro prodotto è il della massa del minerale caricato.
3. Conservazione della massa (caso teorico)
Reagenti: . Prodotti: ✓. La ganga () resta tale, fuori dal bilancio.
4. Ottano: masse per 1,00 kg
- : ;
- : ;
- : .
Controllo: ; ✓.
Aria stechiometrica: di aria per kg di ottano: è il rapporto aria/combustibile stechiometrico dei motori a benzina.
5. Emissioni per chilometro
Per : di ottano. emessa: per , cioè (valore realistico per un'auto a benzina).
6. Domanda teorica
Perché il carbonio del combustibile si combina con l'ossigeno dell'aria: la massa di comprende gli atomi di C del combustibile ( su , l' della massa dell'ottano) più l'ossigeno: è per il in massa ossigeno. Ogni kg di carbonio produce di . Non c'è contraddizione con la conservazione della massa: l'ossigeno consumato è parte dei reagenti.
Risultati
| caso | risultato |
|---|---|
| ferro teorico da di minerale | |
| CO e | e |
| ferro con resa | |
| di ottano | , , , di aria |
| emissione | di |
Errori comuni
- Dimenticare la purezza del minerale (): si userebbe la massa totale come se fosse .
- Applicare la resa ai reagenti invece che al prodotto.
- Usare il coefficiente per le moli di ottano invece che per l'ossigeno.
- Calcolare l'aria come 21 % in massa: il è in volume (in massa è circa ).
Versione ripasso
Testo. Altoforno: con di minerale all' e resa . Ottano: per ; auto con .
Soluzione
- : Fe ; CO ; .
- Resa : .
- ✓.
- di ottano: , , ; aria .
- di ottano per : , cioè di .
- pesa più del combustibile perché contiene l'ossigeno dell'aria ( in massa).
Errori comuni: purezza dimenticata; resa applicata ai reagenti; in volume usato come in massa.