Термохимическое уравнение реакции горения метана имеет вид

Расчет количества теплоты, теплового эффекта реакции

Вычисление количества теплоты реакции

Задача 61.
Дано термохимическое уравнение: Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂ + 858 кДж. Израсходовано 15 г магния, какое количество теплоты выделится в результате реакци?
Решение:
m(Mg) = 15 г;
∆H° = 858 кДж;
Q = ?

Запишем данные задачи в уравнение реакции, получим:

15 г х кДж
Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂; ∆H°
24 г -852 кДж

Рассчитаем какое количество теплоты выделится в результате реакци из пропорции, получим:

24 г Mg ——— -858 кДж
15 г Mg ——— х кДж

х = (15 . 852)/24 = -536,25 кДж.

Ответ: Q = -536,25 кДж.

Вычисление теплоты сгорания топлива на примере метана

Задача 62.
Определить теплоту сгорания одного кубометра (н.у.) метана СН₄ и пропана C₃Н₈. Считать, что в продуктах сгорания вода находится в виде пара. Какой из этих двух газов выгоднее использовать в качестве балонного газообразного топлива?
Решение:
∆H°СН₄(г) = -74,85 кДж/моль;
∆H°С₃Н₈(г) = –103,85 кДж/моль;
∆H°СО₂(г) = -393,51 кДж/моль;
∆H°Н₂О(пар) = -241,81 кДж/моль.
Теплота сгорания вещества (Q) – это тепловой эффект реакции окисления кислородом элементов, входящих в состав этого вещества до образования высших оксидов (CO₂(г), H₂O(ж)).
Теплоту сгорания обычно относят к стандартному состоянию (р = = 101,3 кПа; Т = 298 К), одному молю топлива, и называют стандартной теплотой сгорания
Q_298,сгор. (кДж/моль). Для углеводородов и спиртов продуктами сгорания являются СО₂(газ) и Н₂О(ж).

а) Уравнение реакции горения метана:

Расччитаем ∆H°х.р. химической реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:

Определим теплоту сгорания одного кубометра (н.у.) метана СН₄, получим:

22,4 л : 802,28 кДж = 1000 л : х
х = (802,28 . 1000)/22,4 = 35816 кДж/м3 35,8 . 10^6 Дж/м 3 = 35,8 МДж/м 3 .
q(CH₄) = 35,8 МДж/м 3 .

б) Уравнение реакции горения пропана:

Расччитаем ∆H°х.р. химической реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:

Определим теплоту сгорания одного кубометра (н.у.) пропана С₃Н₈, получим:

22,4 л : 2041,92 кДж = 1000 л : х
х = (2041,92 . 1000)/22,4 = 91157,14 кДж/м 3 = 91 . 10^6 Дж/м 3 = 91 МДж/м 3 .
q(C₃H₈) = 91 МДж/м 3 .

Так как теплота сгорания одного кубометра (н.у.) пропана С₃Н₈ больше чем метана СН₄, то выгоднее использовать в качестве балонного газообразного топлива пропан, поэтому в баллонах используется пропан-бутановая смесь.

Вычисление изменения энергии Гббса процесса

Задача 63.
Вычислить изменения энергии Гиббса в стандартных условиях и определить, какие реакции можно использовать для получения металлов из их оксидов:
а) Fe₂О₃(к) + 2Al(к) = 2Fe(к) + Al₂O₃(к)
б) 3СаО(к) + 2Al(к) = 3Са (к) + Al₂O₃(к)
в) Cr₂O₃(к) + 2Al(к) = 2Cr(к) + Al₂O₃(к)
г) Fe₂O₃(к) + 2Cr(к) = 2Fe(к) + Cr₂O₃(к)
Решение:
∆G°Fe₂O₃(к) = -740 кДж/моль;
∆G°СаО(к) = -471,93 кДж/моль;
∆G°Cr₂O₃(к) = -1059,0 кДж/моль;
∆G°Al₂O₃(к) = -1582,3 кДж/моль.
Для вычисления энергии Гиббса прямой реакции используются значения ∆G°₂₉₈ соответствующих веществ, приведённых в специальных таблицах. Зная, что ∆G°₂₉₈ есть функция состояния и, что ∆G°₂₉₈ для простых веществ, находящихся в устойчивом при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю.
Для рассчета ∆G°х.р. используем выражение согласно следствию из закона Гесса:

Находим ∆G°₂₉₈ для приведенных реакций:

Вычисление теплового эффекта реакции

Задача 64.
Дано термохимическое уравнение реакции:
Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂ + H₂O — Q
При взаимодействии карбоната натрия с раствором соляной кислоты выделяется 350 кДж тепла. Сколько для этого необходимо карбоната натрия?
Решение:
По таблице находим стандартные значения энтальпий образования веществ, получим:
М(Na₂CO₃) = 106 г/моль;
∆H°HСl(р-р) = -166,7 кДж/моль;
∆H°Na₂CO₃(к) = -1129,43 кДж/моль;
∆H°NaСl(кр) = -441,41 кДж/моль;
∆H°Н₂О(ж) = -285,83 кДж/моль;
Q = -350 кДж;
m(Na₂CO₃) = ?
1. Расччитаем ∆H°х.р. химической реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:

2. Расччитаем массу необходимого карбоната натрия, получим:

Термохимическое уравнение реакции будет иметь вид:

Запишем данные задачи в уравнение, получим:

х г -39,13 кДж
Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂ + H₂O; ∆H°
106 г -350 кДж
Рассчитаем массу карбоната натрия, вступившего в реакцию с соляной кислотой из пропорции:

106 г—— (-39,13 кДж)
х г ——- (-350 кДж)
х = (106 . 350)/39,13 = 948 г.

Задача 65.
При взаимодействии 40 мл 2 М раствора HCl с таким же количеством 2 М раствора NaOH температура реакционной смеси увеличилась на 13,7 К. Вычислите тепловой эффект реакции, если удельная теплоемкость воды равна 4,18 Дж/(г·К).
Решение:
∆t = 13,7 К;
V(HCl) = V(NaOH) = 40 мл = 0,04 л;
C_М(HCl) = С_М(NaOH) = 2 М;
ср(Н₂О) = 4,18 Дж/(г·К);
∆H°Н2О(ж) = -285,83 кДж/моль;
∆H°ОН- = -229,94 кДж/моль
∆H°T = ?
Уравнение реакции имеет вид:

NaOH + HCl = NaCl + H2O (молярная форма);
Na + + OH — + H + + Cl — = Na+ + Cl — + H₂O (ионно-молекулярная форма);
OH — + H + = H₂O (сокращенная ионно-молекулярная форма).

Из молекулярного уравнения реакции следует, что исходные вещества и продукты реакции взаимодействуют в одинаковых эквивалентных отношениях, C_М(HCl) = С_М(NaOH).
1. Рассчитаем количество моль HCl и NaOH, получим:

C_Мисх.(HCl) = С_Мисх.(NaOH) = [V(HCl) . CМ(HCl)]/1000 = (40 . 2)/1000 = 0,08 моль.

2. Находим стандартный тепловой эффект реакции нейтрализации в виде изменения энтальпии по известным теплотам образования по формуле:

∆H°х.р. = ∑∆H°(прод.) — ∑∆H°(исходн.).
∆H° = ∆H°Н₂О(ж) — ∆H°ОН — = (-285,83) — (-229,94) = 55,89 кДж ≈ -55,9 кДж.
∆H° любой реакции нейтрализации равен 55,9 кДж/моль.

3. Рассчитаем ∆H°х.р. при концентрации 0,08 моль, получим:

∆H°х.р. = ∆H° . C_Мисх. = 55,9 кДж/моль . 0,08 = -4,472 кДж = -4472 Дж.

4. Вычислим тепловой эффект реакции нейтрализации гидроксида натри соляной кислотой при изменении температуры на 13,7 К по формуле:

∆H°Т = ∆H°х.р. + ∆ср . ∆t, где

∆H°Т — тепловой эффектр реакции при изменении температуры;
∆H°х.р. — тепловой эффект реакции при стандартных условиях;
∆ср — изменение удельной теплоемкости веществ в реакции;
∆t — изменение температуры реакции.

∆H°Т = ∆H°х.р. + ∆ср . ∆t = -4472 Дж + (4,18 . 13,7 К) = -4414,734 Дж = -4,414734 кДж ≈ -4,415 кДж.

Ответ: ∆H°Т ≈ -4,415 кДж.

Термохимическое уравнение реакции горения метана имеет вид

Термохимическое уравнение реакции горения метана

Какой объем метана вступил в реакцию с кислородом, если при этом выделилось 222,57 кДж?

Решение:

1) Составляем термохимическое уравнение реакции горения метана:

2) Определяем объем метана, который вступит в реакцию с кислородом, чтобы выделилось 222,57 кДж теплоты:

890,31 кДж теплоты выделяется при сжигании 22,4 л метана

222,57 кДж теплоты выделяется при сжигании х л метана

х = (222,57 · 22,4) / 890,31 = 5,6 л метана.

Ответ: Для выделения 222,57 кДж теплоты с кислородом должно вступить в реакцию 5,6 л метана.

Какое количество теплоты выделится при сгорании метана объемом 5,6 л (н.у.), если термохимическое уравнение реакции СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 892 кДж?

Ваш ответ

решение вопроса

Похожие вопросы

• Все категории
• экономические 43,289
• гуманитарные 33,621
• юридические 17,900
• школьный раздел 607,151
• разное 16,830

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.