Как рассчитывают теплоту сгорания газообразного топлива

Задача 23.
Рассчитайте в кДж/м³ теплоту сгорания аммиака. Реакция идет по схеме:
2NH₃(г) + 7/2O₂(г) = 2NO₂(г) + 3H₂O(г).
Решение:
∆Н_f(Н₂O) = -241,81 кДж/моль;
∆Н_f(NO₂) = 34,19 кДж/моль;
∆Н_f(NH₃) = -45,94 кДж/моль.

Записываем термохимическое уравнение реакции горения NH₃ и определяем ∆Hх.р: 2NH₃(г) + 7/2O₂(г) = 2NO₂(г) + 3H₂O(г); ∆Н = ?.

∆Hх.р = [3∆Н_f(Н₂O) +  2∆Н_f(NO₂)] — [7/2∆Н_f(O₂) + 2∆Н_f(NH₃)] =
= [3(-241,81) + 2(34,19)] — [7/20 + 2(-45,94)] = -657,05 —  (-91,88) = 565,17  кДж/моль.

Qр = -∆H, Qр = 565,17 кДж/моль.

Полученные данные относятся к одному 2 моль аммиака, поэтому необходимо произвести перерасчет на 1 м³ газообразного аммиака при нормальных условиях. При н.у. 1 моль газа занимает объем 22,4 л, получим:

(2 ^. 22,4) л = 565,17 кДж/моль
1000 л = х кДж/моль

Тогда

х = Qр = V(NH₃)/Vm = (1000 ^. 565,17)/(2 ^. 22,4) = 12615,4 кДж/м³.

Ответ: Qр = 12615,4 кДж/м³.
 

Задача 24
Вычислите теплоту сгорания СО в кДж/м³. Газ содержит 10% негорючих примесей.
Решение:
∆Н_f(CO2) = -393,8 кДж/моль;
∆Н_f(CO) = -110,5 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.

Полученные данные относятся к одному молю вещества, поэтому необходимо произвести перерасчет на 1 м³ газа при нормальных условиях, учитывая 10% содержания примесей и,соответственно, 90% содержания СО в газовой смеси. При н.у. 1 моль газа занимает объем 22,4 л. Нужно найти число молей СО в 1 м³:

1 м³ = 1000 л, 90% СО составят 900 л.

Тогда

v(СО) — число молей равно:v(СО) = V(СО)/Vm = (900 л)/(22,4л) = 40,18 моль.

Определим сколько теплоты выделяет 900 л СО, получим:

Qр(СО) = 283,3 кДж/моль ^. 40,18 моль = 11383 кДж/м³.

Ответ: Qр = 11383 кДж/м³.
 

Задача 25.
Рассчитайте в кДж/м³ калорийность топлива, состоящего из ацетилена С₂Н₂, содержащего 20% негорючих примесей. Вода выделяется в газообразном состоянии.
Решение:
∆Н_f(Н₂O) = -241,81 кДж/моль;
∆Н_f(CO₂) = -393,8 кДж/моль;
∆Н_f(С₂Н₂) = 226,73 кДж/моль.

Уравнение реакции имеет вид:

С₂Н₂(г) + 5/2О₂(г) = 2СО₂(г) + Н₂О(г)

∆Hх.р = [∆Н_f(Н₂O) +  2∆Н_f(CO₂)] — [5/2∆Н_f(O₂) + 2∆Н_f(С₂Н₂)] = 
= -241,81 + 2(-393,8) — (226,73 + 0) = -1029,41 — 226,73 = -1256,14 кДж/моль. 

Полученные данные относятся к одному молю вещества, поэтому необходимо произвести перерасчет на 1 м³ газа при нормальных условиях, учитывая 20% содержания примесей и,соответственно, 80% содержания С₂Н₂ в газовой смеси. При н.у. 1 моль газа занимает объем 22,4 л. Нужно найти число молей С₂Н₂ в 1 м³:

1 м³ = 1000 л, 80% С₂Н₂ составят 800 л.

Тогда

v(С₂Н₂) — число молей равно: v(С₂Н₂) = V(С₂Н₂)/Vm = (800 л)/(22,4л) = 35,71 моль.

Определим сколько теплоты выделяет 800 л С₂Н₂, получим:

Q_р(С₂Н₂) = 1256,14 кДж/моль ^. 35,71 моль = 44856,75 кДж/м³.

Ответ: Q_р = 11383 кДж/м₃.