Расчёты по термохимическим уравнениям. Топливо

Раз теплота реакции пропорциональна количествам веществ, по термохимическому уравнению можно рассчитать, сколько теплоты даст любая порция вещества. Такие расчёты похожи на расчёты по обычным уравнениям (тема 7.3), только вместо массы продукта ищут теплоту.

Расчёт теплоты по уравнению

Расчёт теплоты по уравнению ведут в три шага: находят количество вещества, для которого известна масса или объём; сравнивают его с коэффициентом этого вещества в уравнении; во столько же раз изменяют тепловой эффект.

Пример 1. Сколько теплоты выделится при сгорании 24 г углерода, если \(\ce{C + O2 -> CO2} + 394\) кДж? Находим \(n(\ce{C}) = 24 / 12 = 2\) моль. По уравнению 394 кДж выделяется при сгорании 1 моль углерода, значит, для 2 моль \(Q = 2 \cdot 394 = 788\) кДж.

Пример 2. Какой объём метана (н. у.) нужно сжечь, чтобы получить 445 кДж теплоты, если \(\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O} + 890\) кДж? По уравнению 890 кДж даёт 1 моль метана, значит, 445 кДж даст \(445 / 890 = 0{,}5\) моль. Объём \(V = 0{,}5 \cdot 22{,}4 = 11{,}2\) л.

Пример 3. При сгорании 3,2 г серы выделилось 29,7 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение. Количество серы \(n = 3{,}2 / 32 = 0{,}1\) моль. На 1 моль серы приходится в 10 раз больше теплоты, 297 кДж:

\[ \ce{S + O2 -> SO2} + 297\ \text{кДж} \]

Теплотворная способность топлива

Разные виды топлива дают при сгорании разное количество теплоты. Теплотворная способность топлива — это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг (для газов — 1 м³) топлива. Её легко оценить по термохимическому уравнению. Например, 1 моль метана (16 г) даёт 890 кДж, значит, 1 г метана — около 56 кДж, а 1 кг — около 56 000 кДж, или 56 МДж.

По массе водород — самое калорийное топливо, и при его сгорании образуется только вода. Поэтому водород считают топливом будущего и уже заправляют им ракеты и некоторые автомобили. Мешает его хранение: газ очень лёгкий, занимает большой объём и образует с воздухом взрывчатые смеси (тема 4.2).