Расчет теплоты сгорания и теплотворной способности этилена

Расчет теплотворной способности этилена

Задача 45.
Рассчитайте теплоту сгорания и теплотворную способность этилена С₂Н₄ (энтальпия образования этилена равна +52кДж/моль). Сколько тепла выделяется при горении 140г этилена. Какой объем СО₂ образуется при этом?
Решение:
М(С₂Н₄) = 28 г/моль;
∆H°[С₂Н₄](г) = +52 кДж/моль;
∆H°[СО₂](г) = -393,5 кДж/моль;
∆Н°[Н₂О](ж) = -286 кДж/моль;

Расчет теплоты сгорания и теплотворной способности этилена 

Уравнение реакции горения этилена имеет вид:

С₂Н₄ + 3О₂  = 2СО₂ + 2Н₂О

1. Расчет теплоты сгорания этилена¹, получим:

∆Нх.р.= ∆Н°(обр.прод.) — ∆Н°(обр.исх.);
∆Нх.р.= [2∆Н°СО₂(т)] + [2∆Н°Н₂О(ж)] – [∆Н°С₂Н₄(г) = 2(-393,5) + 2(-286) — (52) = (-787) + (-572) — 52 = -1411 кДж/моль.

2. Расчет теплотворной способности² этилена

Для расчета используем формулу:

Q = ∆Н(B)/(M(В) ^. 10 ^-3), где 

∆Н(B) — теплота сгорания топлива,  кДж/моль; 
M(В) — молярная масса вещества, кг/моль.

Тогда

Qв(С₂Н₄) = -1411/(28 ^. 10 -3) = 1411/0,028 = 50378,57 кДж/кг.

3. Рассчитать количества тепла выделяемого при горении 140 г этилена, получим:

Q = (140 ^. 1411)/28 = 7055 кДж/моль.

4. Рассчитаем объем СО₂, получим:

Из уравнения реакции вытекает, что 1 моль С₂Н₄ соответствует 3 моль СО₂, т.е. n(С₂Н₄) = 3n(CO₂).

Тогда

V(CO₂) = [n(С₂Н₄)/M(С₂Н₄) ^. 3Vm] = (140/28) ^. 3 ^. 22,4 = 336 л.

Ответ: ∆Нх.р.= -1411 кДж/моль; Qв(С₂Н₄) = 50378,57 кДж/кг; Q(С₂Н₄) = 7055 кДж/моль; V(CO₂) = 336 л.

Реакция разложения пероксида водорода

Задача 46.
Возможно ли самопроизвольное протекание при стандартных условиях реакции: 2Н₂О₂(ж) = 2Н₂О(ж)+ О₂(г)
Решение:
∆Н[Н₂О₂](ж) = = –187,8 кДж/моль;
∆Н[Н₂О](ж) = -286 кДж/моль;
S°[Н₂О](ж) = 70 Дж/(моль·К);
S°[Н₂О₂](ж) = 109,5 Дж/(моль·К);
S°[O₂](г) = 205 Дж/(моль·К).

Уравнение реакции:

2Н₂О₂(ж) = 2Н₂О(ж)+ О₂(г)

1. Расчет энтальпии реакции получим:

∆Нх.р.= ∆Н°(бр.прод.) — ∆Н°(бр.исх.);
∆Нх.р.= [2∆Н°Н₂О(ж)] – [∆Н°Н₂О₂(ж) = 2(-286) — 2(–187,8) = (-572) — (-375,6) = -196,4 кДж/моль.

2. Расчет энтропии реакции получим:

∆Sх.р.= ∆S°(обр.прод.) — ∆S°(обр.исх.);
∆Sх.р. = [2S°Н₂О(ж] + [S°О₂(г) — S°Н₂О₂(ж)];
∆S°298 = (2·70 + 205) — (2·109,5) =  126 Дж/(моль·К) =  0,126 Дж/(моль·К).
3. Расчет энергии Гиббса реакции, получим:
∆G° = ∆H° – T∆S°
∆G°(298) = -196,4 – 298·(0,126) = –234 кДж.

Таким образом, ∆G°(9298) < 0, поэтому самопроизвольное протекание данного процесса при 25 °С возможно.

Ответ: ∆G°(298) = –234 кДж;  возможно.

¹Теплота сгорания вещества (Q) – это тепловой эффект реакции окисления кислородом элементов, входящих в состав этого вещества до образования высших оксидов (CO₂(г), H₂O(ж)).
²Теплотворная способность топлива — это высшая удельная теплота сгорания топлива.