17.14: Теплота згоряння

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.