Question

一道化学平衡和热力学问题，给解题过程，不要答案

因燃烧器的调节不当 有引起一氧化碳中毒的危险 由这种原因引起的中毒是相当普遍的.我们知道 空气中CO的允许浓度应≤5ppm 最高可忍受水平是50ppm 在甲烷燃烧器里发生如下反应： CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(g) CH4 (g)+3/2O2 (g)→CO(g)+2H2O(g) 有关热力学数据如下
CH4(g) O2(g) CO2(g) CO(g) H2O(g)
⊿ fHmθ(kJ/mol) -74.9 0 -393.5 -110.5 -241.8
Smθ(JK-1mol-1) 186.2 205.0 213.6 197.6 188.7
解答下列问题：
3-1设△fHmθ和Smθ的数值不随温度变化 试计算在T=1500k时上述两个反应的平衡常数Kpθ 和Kp
3-2设反应在T=1500K，p=pθ下达到平衡;进入燃烧器的空气量维持摩尔比CH4：O2为1：2；试计算氧气和一氧化碳的摩尔数之间的关系。假定空气的体积组成为 80%N2+20%O2 ；并作如下的近似 平衡时 nCH4=0 。请以问题的答案为基础来说明这种近似的合理性。

Answer 1

3-1：
1）完全燃烧：△rHmθ=2*（-241.8）+（-393.5）-（-74.9 ）=-802.5kJ/mol
△rSmθ=2*188.7+213.6-186.2-2*205.0=-5.2JK-1mol-1
△rGmθ=△rHmθ和-T△rSmθ=-802.5-1500*（-5.2^(-3)）=-794.7kJ/mol
求出Kpθ
同理可以求出2）未燃烧反应的Kpθ
3-2将氧气和甲烷的分压代入，求出两个反应的Kp
用Kp与Kpθ 比较，得出结论，是否反应完全以及CO的浓度范围。