17.14: Теплота згоряння

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19308

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Прагнучи скоротити споживання газу з нафти, етанол часто додають в звичайний бензин. Він має високий октановий показник і горить повільніше, ніж звичайний газ. Цей «газохол» широко використовується в багатьох країнах. Він виробляє дещо нижчі викиди чадного газу та вуглекислого газу, але збільшує забруднення повітря іншими матеріалами.

Молярна теплота згоряння

Багато хімічних реакцій є реакціями горіння. Часто важливо знати енергію, вироблену в такій реакції, щоб ми могли визначити, яке паливо може бути найбільш ефективним для певної мети. Молярна теплота згоряння\(\left( He \right)\) - це тепло, що виділяється при повному спалюванні одного моля речовини.

Типові реакції горіння передбачають реакцію вуглецевого матеріалу з киснем з утворенням вуглекислого газу та води як продуктів. Якщо метанол спалюється на повітрі, маємо:

\[\ce{CH_3OH} + \ce{O_2} \rightarrow \ce{CO_2} + 2 \ce{H_2O} \: \: \: \: \: He = 890 \: \text{kJ/mol}\nonumber \]

При цьому один моль кисню вступає в реакцію з одним молем метанолу з утворенням одного моля вуглекислого газу і двох моль води.

Слід зазначити, що неорганічні речовини також можуть піддаватися формі реакції горіння:

\[2 \ce{Mg} + \ce{O_2} \rightarrow 2 \ce{MgO}\nonumber \]

При цьому не утворюється вода і не утворюється вуглекислий газ. Для цілей цієї глави ці реакції, як правило, не розглядаються при обговоренні реакцій горіння.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Теплоти горіння зазвичай визначаються шляхом спалювання відомої кількості матеріалу в калориметрі бомби при надлишку кисню. Вимірюючи зміну температури, можна визначити теплоту згоряння.

1,55 грам зразка етанолу спалюється і виробляється підвищення температури\(55^\text{o} \text{C}\) в 200 грамах води. Розрахувати молярну теплоту згоряння.

Рішення

Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.

Відомий

маса етанолу\(= 1.55 \: \text{g}\)
Молярна маса етанолу\(= 46.1 \: \text{g/mol}\)
Маса води\(= 200 \: \text{g}\)
\(c_p\)вода\(= 4.18 \: \text{J/g}^\text{o} \text{C}\)
підвищення температури\(= 55^\text{o} \text{C}\)

Невідомий

Крок 2: Вирішіть.

Кількість використовуваного етанолу:\[\frac{1.55 \: \text{g}}{46.1 \: \text{g/mol}} = 0.0336 \: \text{mol}\nonumber \]

Енергія, що виробляється:\[4.184 \: \text{J/g}^\text{o} \text{C} \times 200 \: \text{g} \times 55^\text{o} \text{C} = 46024 \: \text{J} = 46.024 \: \text{kJ}\nonumber \]

Молярна теплота згоряння:\[\frac{46.024 \: \text{kJ}}{0.0336 \: \text{mol}} = 1370 \: \text{kJ/mol}\nonumber \]

Крок 3: Подумайте про свій результат.

При спалюванні етанолу виділяється значна кількість тепла.

Резюме

Молярна теплота згоряння\(\left( He \right)\) - це тепло, що виділяється при повному спалюванні одного моля речовини.
Описані розрахунки з використанням молярної теплоти згоряння.