Примеры расчета калорийности топлива по изменению энтальпии химической реакции
Задача 20.
Вычислите калорийность 1 м3 газа, состоящего из 50% СО и 50% SО2 при р = const. Условия опыта нормальные.
Решение:
∆Нf(CO2) = -393,8 кДж/моль;
∆Нf(SO3) = -395,2 кДж/моль;
∆Нf(SO2) = -296,9 кДж/моль.
Калорийность топлива определяется по изменению энтальпии ∆Н химической реакции горения топлива.
Записываем термохимическое уравнение реакции горения СО и определяем ∆Hх.р: СО(г) + 1/2О2(г) = СО2(г)
∆Hх.р = ∆Нf(CO2) - ∆Нf(CO) + 1/2∆Нf(O2) = -393,8 - (-110,5) = -283,3 кДж/моль.
Qр = -∆H, Qр = 283,3 кДж/моль.∆
Затем записываем уравнение реакции горения SО2 и определяем ∆Hх.р:
SO2 + 1/2O2(г) = SO3(г)
∆Hх.р = ∆Нf(SO3) - ∆Нf(SO2) + 1/2∆Нf(O2) = -395,2 - (-296,9) = -98,3 кДж/моль.
Qр = -∆H, Qр = 98,3 кДж/моль.
Полученные данные относятся к одному молю вещества, поэтому необходимо произвести перерасчет на 1 м3 газа при нормальных условиях, учитывая процентное содержание каждого вещества. При н.у. 1 моль газа занимает объем 22,4 л. Нужно найти число молей СО и SО2 в 1 м3.
1 м3 = 1000 л
50% СО составят 500 л, и 50% SО2 составят 500 л.
Тогда
v - число молей равно: V/Vm = (500 л)/(22,4л) = 22,32 моль.
Определим сколько теплоты выделяет 500 л СО и 500 л SO2, получим:
Qр(СО) = 283,3 кДж/моль . 22,32 моль = 6323 кДж;
Qр(SO2) = 98,3 кДж/моль .22,32 моль = 2194 кДж.
Суммарно: Qр(топлива) = Qр(СО) + Qр(SO2) = 6323 + 2194 = 8517 кДж.
Ответ: Qр(топлива) = 8517 кДж/м3.
Задача 21.
Рассчитайте теплоту сгорания топлива, состоящего из 40% серы и 60% графита, в кДж/кг.
Решение:
Графит представляет собой разновидность углерода.
М(S) = 32 г/моль;
M(C) = 12 г/моль;
∆Нf(CO2) = -393,8 кДж/моль;
∆Нf(SO2) = -296,9 кДж/моль.
Так как по условию задачи теплоту сгорания топлива нужно расчитат в кДж/кг, то расчет ведем на сгорание 1000 г топливной смеси.
Записываем термохимическое уравнение горения S и определяем ∆Hх.р:
S(к) + O2(г) = SO2(г);
∆Hх.р = ∆Нf(SO2) = -296,9 кДж/моль.
Серы в топливной смеси содержится 40%, тогда её содержится 400 г (1000 г . 0,4 = 400 г),т.е. m(S) = 400 г.
Тогда
v - число молей серы равно: m(S)/M(S) = 400/32 = 12,5 моль.
Отсюда
Qр(S) = ∆Hх.р = 395,2 кДж/моль . 12,5 моль= 4940 кДж/кг.
Записываем термохимическое уравнение горения графита и определяем ?Hх.р:
С(графит) + О2(г) = СО2(г)
∆Hх.р = ∆Нf(СO2) = -393,8 кДж/моль.
С учетм того, что в составе топлива графита содержится 60%, то m(C) = 1000 . 0,6 = 600 г.
Тогда
v - число молей углерода равно: m(S)/M(S) = 600/22 = 50 моль.
Отсюда
Qр(графит) = ?Hх.р = 393,8 . 50 = 19690 кДж/кг.
Суммарно: Qр(топлива) = Qр(S) + Qр(C) = 4940 + 19690 = 23401 кДж/кг
Ответ: Qр = 23401 кДж/кг.
Задача 22.
Вычислите теплоту сгорания газа в кДж/м3 , состоящего из 40% СО и 60% Н2 при нормальных условиях. Вода образуется в газообразном состоянии.
Решение:
∆Нf(CO2) = -393,8 кДж/моль;
∆Нf(CO) = -110,5 кДж/моль;
∆Нf(Н2O) = -241,81 кДж/моль.
Записываем термохимическое уравнение реакции горения СО и определяем ∆Hх.р: СО(г) + 1/2О2(г) = СО2(г)
∆Hх.р = ∆Нf(CO2) - ∆Нf(CO) + 1/2∆Нf(O2) = -393,8 - (-110,5) = -283,3 кДж/моль.
Qр = -∆H, Qр = 283,3 кДж/моль.
Затем записываем уравнение реакции горения Н2 и определяем ∆Hх.р:
Н2 + 1/2O2(г) = Н2О(г)
∆Hх.р = ∆Нf(Н2O) - ∆Нf(Н2) + 1/2∆Нf(O2) = -241,81 - 0 - 0 = -241,81 кДж/моль.
Qр = -∆H, Qр = 241,81 кДж/моль.
Полученные данные относятся к одному молю вещества, поэтому необходимо произвести перерасчет на 1 м3 газа при нормальных условиях, учитывая процентное содержание каждого вещества. При н.у. 1 моль газа занимает объем 22,4 л. Нужно найти число молей СО и Н2 в 1 м3.
1 м3 = 1000 л
40% СО составят 400 л, и 60% Н2 составят 600 л.
Тогда
∆(СО) - число молей равно: ∆(СО) = V(СО)/Vm = (400 л)/(22,4л) = 17,86 моль;
∆(Н2) - число молей равно: ∆(Н2) = V(Н2)/Vm = (600 л)/(22,4л) = 26,78 моль.
Определим сколько теплоты выделяет 400 л СО и 600 л Н2, получим:
Qр(СО) = 283,3 кДж/моль . 17,86 моль = 5059 кДж;
Qр(Н2) = 241,81 кДж/моль .26,78 моль = 6458 кДж.
Суммарно: Qр(топлива) = Qр(СО) + Qр(Н2) = 5059 + 6458 = 8517 кДж.
Ответ: 11551 кДж/м3.
