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:
∆Н_f(CO₂) = -393,8 кДж/моль;
∆Н_f(SO₃) = -395,2 кДж/моль;
∆Н_f(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 SО₂и определяем ∆Hх.р:

SO₂ + 1/2O₂(г) = SO₃(г)

∆Hх.р = ∆Н_f(SO₃) — ∆Н_f(SO₂) + 1/2∆Н_f(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;
∆Н_f(CO₂) = -393,8 кДж/моль;
∆Н_f(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 = ∆Н_f(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 = ∆Н_f(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 = ∆Н_f(CO₂) — ∆Н_f(CO) + 1/2∆Н_f(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 = ∆Н_f(Н₂O) — ∆Н_f(Н₂) + 1/2∆Н_f(O₂) = -241,81 — 0 — 0 = -241,81 кДж/моль.

Qр = -∆H, Qр = 241,81 кДж/моль.

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.