Как правильно рассчитывать теплоту сгорания газообразного вещества
Задача 26.
Рассчитайте теплоту сгорания бензола в кДж/кг. Примеси составляют 25%. Вода выделяется в газообразном состоянии.
Решение:
М(С6Н6) = 78 г/моль;
∆Нf(Н2O) = -241,81 кДж/моль;
∆Нf(CO2) = -393,8 кДж/моль;
∆Нf(C6Н6) = 83,05 кДж/моль.
Реакция идет по схеме:
С6Н6(г) + 15/2О2(г) = 6СО2(г) + 3Н2О(г).
Определяем энтальпию реакции, получим:
∆Hх.р = [3∆Нf(Н2O) + 6∆Нf(CO2)] - [15/2∆Нf(O2) + ∆Нf(C6Н6)] =
= 3(-241,81) + 6(-393,8) - (0 + 83,05) = (-725,43) + (-2362,8) - (+83,05) = -3171,28 кДж/моль.
Qр = -∆Н, Qр = 3171,28 кДж.
Полученные данные относятся к одному молю вещества, поэтому необходимо произвести перерасчет на 1кг (1000 г) газообразного бензола, учитывая процентное содержание примесей 25% и,соответственно, 75% (750 г) содержания С6Н6 в газовой смеси. Рассчитаем количество бензола, содержащееся в 750 г его, получим:
v(C6H6) = 750/78 = 9,6 моль.
Определим сколько теплоты выделяет 750 г С6Н6, получим:
Qр(С6Н6) = 3171,28 кДж/моль . 9,6 моль = 44856,75 кДж/кг.
Ответ: Qр = 30444 кДж/кг.
Задача 27.
Рассчитайте калорийность водяного газа, содержащего 86% СО и 10% Н2 в кДж/м3. Примеси составляют 4%. Вода выделяется 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, получим:
1 м3 = 1000 л, 86% СО составят 860 л, и 10% Н2 составят 100 л.
Тогда
v(СО) - число молей равно: v(СО) = V(СО)/Vm = (860 л)/(22,4л) = 38,39 моль;
v(Н2) - число молей равно: v(Н2) = V(Н2)/Vm = (100 л)/(22,4л) = 4,46 моль.
Определим сколько теплоты выделяет 860 л СО и 100 л Н2, получим:
Qр(СО) = 283,3 кДж/моль . 38,39 моль = 10875,887 кДж/м3;
Qр(Н2) = 241,81 кДж/моль . 4,46 моль = 1078,473 кДж.
Суммарно: Qр(топлива) = Qр(СО) + Qр(Н2) = 10875,887 + 1078,473 = 11954 кДж.
Ответ: 11954 кДж/м3.
Задача 29.
Вычислите теплоту сгорания газа в кДж/м3, состоящего из 70% С3Н8 и 30% С4Н10 при нормальных условиях. Вода образуется в газообразном состоянии.
Решение:
М(С3Н8) = 44 г/моль;
М(С4Н10) = 58 г/моль;
∆НfН2O(г) = -241,81 кДж/моль;
∆НfCO2(г) = -393,8 кДж/моль;
∆НfС3Н8(г) = -103,846 кДж/моль;
∆НfС4Н10(г) = -126,15 кДж/моль.
Записываем термохимическое уравнение реакции горения С3Н8 и определяем ∆Hх.р:
С3Н8(г) + 5О2(г) = 3СО2(г) + 4Н2O(г);
∆Hх.р = [3∆Нf(CO2) - 4∆Нf(Н2O)] - [5∆Нf(O2) + ∆Нf(С3Н8)] =
= [3(-393,8) + 4(-241,81)] - [(5 . 0) + -103,846] =
= (-1181,4) +(-967,24) - (-103,846) = -2044,794 кДж/моль.
Qр = -∆H, Qр = 2044,794 кДж/моль.
Затем записываем уравнение реакции горения С4Н10 и определяем ∆Hх.р:
С4Н10 + 13/2O2(г) = 4CO2 + 5Н2О(г);
∆Hх.р = [5∆Нf(Н2O) + 4∆Нf(CO2)] - [13/2∆Нf(O2) + ∆Нf(С4Н10)] =
= (-1209,05) + (-1575.2) - [0 - (-126,15)] =
= -2784,25 + 126,15 = -2658,1 кДж/моль.
Qр = -∆H, Qр = 2658,1 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 С3Н8 и С4Н10 в 1 м3.
1 м3 = 1000 л,
70% С3Н8 составят 700 л, и 30% С4Н10 составят 300 л.
Тогда
v(С3Н8) - число молей равно: v(С3Н8) = V(С3Н8)/Vm = (700 л)/(22,4л) = 31,25 моль;
v(С4Н10) - число молей равно: v(С4Н10) = V(С4Н10)/Vm = (300 л)/(22,4л) = 13,39 моль.
Определим сколько теплоты выделяет 700 л С3Н8 и 300 л С4Н10, получим:
Qр(С3Н8) = 2044,794 кДж/моль . 31,25 моль = 63899,81 кДж;
Qр(С4Н10) = 2658,1 кДж/моль . 13,39 моль = 35591,96 кДж.
Суммарно: Qр(топлива) = Qр(С3Н8) + Qр(С4Н10) = 63899,81 + 35591,96 = 99491,77 кДж.
Ответ: 99491,77 кДж/м3.
