부탄(C4H10)의 완전 연소: CO2 생성량과 필요한 산소 계산 방법

부탄(C4H10)의 완전 연소 시 생성되는 CO2와 필요한 산소의 양을 계산하는 문제는 환경공학에서 중요한 연소 반응 이해를 요구합니다. 이번 포스팅에서는 100g의 부탄이 완전 연소할 때 생성되는 CO2의 양과 필요한 산소량을 계산하는 과정을 자세히 설명하겠습니다.

1. 부탄(C4H10)의 연소 반응식

먼저 부탄의 완전 연소 반응식을 작성해야 합니다. 완전 연소란 연료가 산소와 반응하여 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)을 생성하는 반응을 의미합니다. 부탄의 화학식을 기준으로 연소 반응식을 세우면 다음과 같습니다:

 

이 반응식은 부탄 2분자가 산소 13분자와 반응하여 이산화탄소 8분자와 물 10분자가 생성되는 것을 의미합니다.

2. 부탄의 몰 질량 계산

부탄(C4H10)의 몰 질량을 계산해 보겠습니다.

• 탄소(C)의 원자 질량: 12 g/mol
• 수소(H)의 원자 질량: 1 g/mol

부탄(C4H10)의 분자량은 다음과 같습니다:

따라서 부탄의 몰 질량은 58g/mol입니다.

3. 부탄 100g에 해당하는 몰 수 계산

이제 100g의 부탄이 몇 몰인지 계산합니다.

따라서, 100g의 부탄은 약 1.724 mol입니다.

4. 생성되는 CO2의 몰 수 계산

부탄 2몰이 연소하면 이산화탄소(CO2) 8몰이 생성된다는 것을 반응식에서 알 수 있습니다. 따라서, 1몰의 부탄이 연소하면 4몰의 CO2가 생성됩니다.

따라서 100g의 부탄이 완전 연소하면 6.896몰의 CO2가 생성됩니다.

5. CO2의 질량 계산

CO2의 몰 질량을 계산해 보겠습니다.

• 탄소(C)의 원자 질량: 12 g/mol
• 산소(O)의 원자 질량: 16 g/mol

CO2의 분자량은:

이제 생성된 CO2의 질량을 계산합니다:

따라서 100g의 부탄이 완전 연소하면 약 303.4g의 CO2가 생성됩니다.

6. 필요한 산소(O2)의 양 계산

부탄 2몰이 연소할 때 산소(O2) 13몰이 필요하므로, 1몰의 부탄이 연소할 때는 6.5몰의 산소가 필요합니다. 따라서 1.724몰의 부탄이 연소하려면 필요한 산소량은:

산소 분자의 몰 질량은 32g/mol이므로, 필요한 산소의 질량은:

따라서 100g의 부탄을 완전 연소시키기 위해 필요한 산소는 약 358.6g입니다.

결론:

100g의 부탄이 완전 연소하면 약 303.4g의 CO2가 생성되며, 이 과정에서 약 358.6g의 산소가 필요합니다. 이러한 연소 과정 계산은 환경공학에서 에너지 효율, 대기오염 등을 분석할 때 매우 중요합니다.