Inscription / Connexion Nouveau Sujet
monoxyde de carbone
Bonsoir,
J'ai une étude de documents à faire et je rencontre des difficultés. Voici l'énoncé :
On considère l'équation C(s)+1/2 O2(g)=CO(g)
Dans un des documents il y a écrit :
Les effets du CO sur l'organisme humain en fonction de sa concentration en ppm (0,0001%) sont énumérés ci-dessous:
6400ppm : la mort survient en un peu moins de 20 min
12800 ppm : la mort survient en un peu moins de 3 min
Dans un autre il y a écrit :
Le principe du poêle repose sur la combustion exothermique de C(s) sous forme de charbon (à des températures d'environ 300°C) en CO2 et en CO.
Données : on nous donne les masses molaires de C et O, les enthalpies molaires standard de formation de CO(g) et CO2(g), les entropies molaires standard supposées indépendantes de la température de C(s), de CO(g) et de CO2 (g), la constante des gaz parfaits R et la composition de l'air : 78% de N2, 21% de O2, 1% de gaz divers (CO2, gaz nobles, .....)
Voici la question qui me pose soucis :
On considère une pièce à une température de 20°C et une pression P=P° assimilée à un pavé rectangulaire (L=5,2m, l=5,0m, h=2,5m) au milieu de laquelle un poêle à charbon est installé. On considère une situation de tirage en O2 dans laquelle l'oxydation en monoxyde de carbone consomme 12% de la quantité initiale de carbone. Dans ces conditions, on estime que le charbon (C(s)) brûle à un rythme d'environ 80g/min et que les gaz sont répartis de manière homogène dans la pièce.
Estimer au bout de combien de temps l'accumulation de gaz dans la pièce peut provoquer le décès d'un être humain en cas d'obturation du conduit d'évacuation.
Voici ce que j'ai fait :
J'ai supposé l'air comme un gaz parfait d'où nair=P°V/(RT)=2668mol
n02=21/100 nair=560,3mol
Ensuite je me suis dit que si n était la quantité de matière initiale en C(s) alors à l'état final on avait (22/25) n de C(s) et (3/25) n de CO(g).
Ensuite je ne vois vraiment pas quoi faire pour trouver le résultat attendu.
Merci d'avance pour votre aide !
Bonsoir
De nombreuses données me semblent inutiles pour cette question mais j'imagine que tu fournis juste la question qui te pose problème. Il faut, je pense, supposer la salle fermée hermétiquement et supposer que tous les gaz formés reste dans la salle (pas de cheminée ou tuyau d'évacuation).
Dans ces conditions, comme tu l'as fait, tu peux considérer que, pour une mole de carbone brûlé, 0,12mole réagit avec formation de CO et 0,88mole réagit avec formation de CO2. La combustion de n moles de C produit donc 0,88n moles de CO2, 0,12n moles de CO et fait disparaître 0,94n moles de O2. Tu peux donc déterminer la fraction molaire de CO dans la salle après combustion de n moles de C. Connaissant la vitesse de combustion du carbone...
Merci pour ta réponse. Malheureusement, il reste encore pas mal de choses que je ne comprends pas :
- pourquoi est-ce qu'on est sûr que les 88% restants de C(s) vont réagir avec l'O2 ?
- je ne comprends pas d'où viennent les 0,94n moles de O2 : combien considères-tu qu'il y a d'O2 à l'état initial? Pour moi il y en a 533,6moles donc je pense que j'ai fait une erreur.
- je vois comment calculer la fraction molaire de CO mais je ne suis pas sûre de voir comment faire ensuite : si on multiplie la fraction molaire de CO par sa masse molaire on aurait un résultat homogène à une masse et ensuite sachant la vitesse de combustion il s'agit juste de raisonner par proportionnalité ?
- pourquoi est-ce qu'on est sûr que les 88% restants de C(s) vont réagir avec l'O2 ?
L'énoncé n'est pas très explicite. Je reconnais que mon raisonnement s'appuie sur l'énoncé mais aussi sur mes connaissances ... Quand les conditions de "tirage" du poêle sont correctes, c'est à dire quand l'arrivée de dioxygène dans celui-ci est correcte : 100% du carbone est oxydé en CO2. Je déduis de l'énoncé que le tirage n'est pas suffisant : seulement 88% du carbone subit une oxydation complète en CO2, le reste subit une oxydation en CO ; il te t'a pas échappé que l'oxydation en CO2 consomme plus de O2 que l'oxydation en CO, à quantité donnée de carbone. Diminuer le "tirage", c'est à dire le débit d'air entrant dans le poêle, augmente la proportion de carbone produisant du CO plutôt que du CO2.
je ne comprends pas d'où viennent les 0,94n moles de O2
0,88n moles de C consomment 0,88n moles de O2 pour s'oxyder en CO2 et 0,12n moles de C consomment 0,06n moles de O2 pour s'oxyder en CO.
Tu peux donc écrire une équation bilan sous la forme :
nC + 0,94n O2
0,88n CO2 + 0,12n CO
La combustion de n moles de carbone augmente ainsi la quantité totale de gaz de 0,06n moles et crée une quantité de CO de 0,12n moles.
Si no est la quantité totale de gaz initiales (2668mol), la fraction molaire de CO après combustion de n moles de carbone est donc :
Il te suffit de déterminer n pour xCO = 6400.10-6 (ou 12800.10-6 ...). La suite est évidente...
Je trouve n=2,9moles en prenant 12 800 ppm du coup cela signifie qu'on a brûlé 0,88*n*MC(s)=31g de C(s). Sachant qu'on brûle 80g de charbon par minute cela signifie par proportionnalité qu'au bout de 23 secondes la personne meurt. Je pense que j'ai dû me tromper quelque part parce-que ça me paraît très rapide
Avec xCO = 12800.10-6, j'obtiens n = 286,4mol, quantité brûlée en 43,3min environ.
L'énoncé précise que, avec xCO = 6400.10-6, la mort est certaine mais pas instantanée. Peut-être est-ce la valeur à retenir ?
On obtient alors : n=142,7mol et une durée de combustion de 21,4min.
Oui c'est vrai mais je ne comprends pas pourquoi on dit dans ce cas que dans l'air il y a 0,04% de CO2 soit 400ppm
J'ai un autre problème avec une des questions suivantes. Je complète les données que j'ai déjà donné :
L'une des méthodes industrielles la plus couramment employée pour synthétiser du COg consiste à réaliser une médiamutation du Cs avec le CO2g selon l'équilibre de Boudouard :
Cs + CO2g = 2COg
La synthèse consiste à injecter du CO2g à P=2bars et T=1200°C dans un réacteur préalablement vidé d'air dans lequel a été dispersé du coke (carbone solide)
Retrouver la valeur de la fraction molaire en CO du document 6 pour P=P° et T=1 000K (sur le document elle est aux alentours de 70% si ne ne me trompe pas)
Données :
Enthalpies molaires standard de formation :
COg : -110,5kJ/mol
CO2g : -393,5kJ/mol
Entropies molaires standard ;
Cs: 5,7J/K/mol
COg : 197,6J/K/mol
CO2g : 213,8J/K/mol
R=8,13 J/K/mol
Voici ce que j'ai fait :
Pour la réaction se déroulant dans le réacteur j'ai calculé :
rS°=175 J/K/mol
rH°=172,5kJ/mol
D'où rG°=rH°-TrS°=-3200J/mol
D'où K°=e-rG°/(RT)=1,47
K°=Pco²/(PCO2P°)
d'où xCO=(K°PCO2P°)1/2/P°=1,72 ce qui est beaucoup trop grand
Je ne comprends pas ce qui est faux dans mon raisonnement
Selon mes calculs :
à T=1000K
Constante d'équilibre à T=1000K : K=1,35
En assimilant les gaz à des gaz parfaits, à l'équilibre sous la pression totale P :
Avec P=P°, j'obtiens :
Pourquoi on ne prend pas en compte xC ?
Le carbone est un solide : son activité vaut 1 quelle que soit sa quantité.
"Piqûre de rappel" peut-être nécessaire sur les différentes expressions de l'activité ici, fin de la page 6 et début de la page 7 :
Ainsi :
Cela conduit à la relation que je t'ai fournie précédemment.
La somme des fractions molaires des gaz est égale à 1. Le solide n'intervient pas dans la relation d'équilibre quelle qu'en soit la quantité.
L'expression de xCO que tu as fournie dans ton message du 25-11-18 à 09:05 conserve PCO2 qui est une inconnue. L'énoncé précise seulement que la pression totale est égale à P°.
C'est que dans le début de l'énoncé (cf message de 9H05) il y a écrit que le CO2 est introduit dans le réacteur à la pression PCO2=2 bars
On introduit du CO2 prélevée dans unréservoir où la pression est 2bars et la température 1200K mais ce CO2 est injecté dans un réacteur vide d'air contenant simplement du carbone. Le CO2 subit donc d'abord une détente accompagné d'un refroidissement avant que ne s'établisse un équilibre qui correspond à une pression totale de 1bar à 1000K.
Annuler
connectez vous