Grüße chemweazle,
poste nochmals diese ältere Aufgabe.
Wie gross ist die Sauerstoffgrenzkonzentration?
Aufgabe:
Sie arbeiten in einem Pilotbetrieb. In einem neuen Verfahren soll Ethan als Reaktand eingesetzt werden. Für die Risikoanalyse wollen sie die Sauerstoffgrenzkonzentration abschätzen. Sie rechnen mit einem Wert für die UEG von 2.6v%
Reaktionsgleichung
Wie gross ist die Sauerstoffgrenzkonzentration? Runden Sie auf eine Nachkommastelle (2 Punkte).
Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Ethan, irreversible Reaktion
2 H3C-CH3(g) + 7 O2(g) → 4 CO2(g) + 6 H2O(g)
Anmerkung: Der Begriff Konzentration bedeutet in diesen Zusammenhängen der Volumenanteil einer Komponente im Gasgemisch, V(Ethan) / Vges, und nicht wie sonst üblich, die molare Konzentration, Stoffmenge pro Volumen, c = n / V.
Die UntereExplosionsGrenze gibt den Volumenanteil von Ethan eines Ethan-Luft-Gemisches an.
Dieser Volumenanteil bedeutet das Teilvolumen an Ethan; V(Ethan) zum Gesamtvolumen, Vges, der "mageren" explosiblen Mischung, das Gesamtvolumen besteht aus dem Volumen von Ethan plus dem Volumen an Luft,
Vges = V(Ethan) + V(Luft).
$$UEG = \frac{V(Ethan)}{Vges} = \frac{V(Ethan)}{V(Ethan) + V(Luft)} = 0,026$$
Daraus ergibt sich noch einen Volumenanteil an Luft dieser explosiblen Gasmischung, wenn man das Gasgemisch Luft, bestehend aus 21 Volumen% Sauerstoff plus 79 Volumen% Stickstoff, zunächst als eine Komponente betrachtet.
Der Luftanteil, Volumen- und Stoffmengenanteil wäre dann V(Luft) geteilt durch Vges, V(Luft) / (V(Ethan) + V(Luft) ).
$$Volumenanteil(Luft) = \frac{V(Luft)}{Vges} = \frac{V(Luft)}{V(Ethan) + V(Luft)} = 1 - 0,026$$
Beide Volumenanteile ergeben in der Summe 1 = 100 %.
$$1 = \frac{V(Ethan)}{Vges} + \frac{V(Luft)}{Vges} = \frac{V(Ethan)}{V(Ethan) + V(Luft)} + \frac{V(Luft)}{V(Ethan) + V(Luft)}$$
Der Volumenanteil an Luft ergibt sich für die Untere Explosions-Grenze aus 1 minus dem Volumenanteil an Ethan.
Der Volumenanteil an Luft beträgt bei der UEG, Volumenanteil(Luft) = 1 - 0,026 = 0,974.
Die Luft hat einen Sauerstoffvolumenanteil von 0,21 = 21 %, das ist bei einem idealen Gasgemisch auch gleich dem Stoffmengenanteil(Molenbruch).
Der Volumenanteil des Sauerstoffs, hier auch Sauerstoffgrenzkonzentration genannt, in diesem Gemisch der Unteren Explosionsgrenze,UEG, bestehend aus Ethan und Luft, beträgt somit 0,21 mal dem Luftanteil dieses Gemisches, also 0,21 * 0,974 = 0,20454 ≈ 0,2
