23-4탄소의 완전연소에 관하여 다음 물음에 답하시오.(1) 완전연소 … | 2023년 위험물기능사실기(필답형) 4회차 기출문제 상세 페이지

(1) $\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}$

(2) 25.18 $\mathrm{m^3}$

[해설]

탄소가 완전히 타면 이산화탄소만 남으므로 반응식은 다음과 같고, 탄소 1몰에 산소가 1몰 대응한다.

$\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}$

탄소의 원자량이 12 이므로 12 kg 은 1 kmol 이고, 필요한 산소도 1 kmol 이다. 문제가 준 조건이 표준상태가 아니라 750 mmHg · 30 ℃ 이므로 22.4 를 그대로 쓸 수 없고, 이상기체상태방정식으로 그 조건에서의 부피를 구해야 한다.

$PV = nRT \;\Rightarrow\; V = \dfrac{nRT}{P}$

압력을 기압 단위로 바꾸면 $P = \dfrac{750}{760} = 0.9868\ \mathrm{atm}$, 절대온도는 $T = 273 + 30 = 303\ \mathrm{K}$ 이고, 기체상수는 kmol · $\mathrm{m^3}$ 단위계에서 $R = 0.082$ 다. 대입하면

$V = \dfrac{1 \times 0.082 \times 303}{750 / 760} = \mathbf{25.18}\ \mathrm{m^3}$

이다. 만약 표준상태(0 ℃ · 1 atm)였다면 22.4 $\mathrm{m^3}$ 였을 것이므로, 온도가 30 ℃ 로 오르고 압력이 1 기압보다 조금 낮아진 만큼 부피가 늘어난 결과라고 보면 값의 크기가 납득이 간다.