ВсОШ 2024, РЭ, 9 класс, №5
Высшая и низшая теплота сгорания
Одной из важнейших характеристик топлив и горючих химических веществ является теплота сгорания. При этом для ряда веществ выделяют две теплоты сгорания: высшую и низшую, разница между которыми объясняется разными агрегатными состояниями образующейся воды. Например, для метана высшая теплота сгорания соответствует реакции :
А низшая теплота сгорания этого вещества – реакции :
Вычислите молярную теплоту испарения воды.
Теплота испарения в принятой в условии термохимической системе отсчёта, кДж/моль.
Приведите формулы трёх веществ, для которых не будет наблюдаться разницы между низшей и высшей теплотами сгорания.
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Стандартные теплоты образования ацетилена , углекислого газа и жидкой воды равны , + и + кДж/моль, соответственно.
Вычислите высшую и низшую теплоту сгорания ацетилена (на моль .
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Высшая теплота, кДж/моль.
Низшая теплота, кДж/моль.
Высшая мольная теплота сгорания газообразного гексана на % превышает низшую теплоту сгорания.
Запишите уравнение реакции сгорания гексана и вычислите высшую и низшую теплоту сгорания этого вещества.
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Высшая теплота, кДж/моль.
Низшая теплота, кДж/моль.
Удельные высшая и низшая теплоты сгорания некоторого углеводорода состава составляют кДж/г и кДж/г соответственно.
Установите простейшую формулу неизвестного углеводорода, приведите уравнение реакции его сгорания и рассчитайте его высшую и низшую теплоты сгорания в кДж/моль.
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Простейшая формула углеводорода.
Высшая теплота, кДж/моль.
Низшая теплота, кДж/моль.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Процесс испарения воды можно описать реакцией: . Согласно закону Гесса, теплота этой реакции может быть найдена как полуразность теплот реакций и : кДж/моль. Полученная теплота отрицательна, так как процесс испарения воды эндотермичен.
Примечание: знак теплоты испарения воды отличается от принятого в школьной программе по физике вследствие выбора разных систем отсчёта.
. Так как разница в теплотах обусловлена испарением воды, необходимо подобрать горючие вещества, при сгорании которых не образуется воды. Примеры: , , , , . Обязательными условиями являются горючесть и отсутствие воды в продуктах реакции.
Примечание: в общем случае различия между минимальной и максимальной теплотой сгорания могут быть обусловлены не только агрегатным состоянием воды, однако при ответе на вопрос необходимо опираться на информацию, приведённую в условии задачи.
. Реакция сгорания моль ацетилена выглядит следующим образом: + + Вычислим тепловой эффект этой реакции, используя следствие из закона Гесса и приведённые в условии данные:
Поскольку в условии приведена теплота образования жидкой воды, полученное значение – высшая теплота сгорания. Поскольку в реакции сгорания образуется моль воды, низшая теплота сгорания будет на кДж/моль меньше и составит = кДж/моль.
. Уравнение реакции сгорания моль гексана имеет следующий вид: + + В реакции сгорания образуется моль воды, то есть высшая теплота сгорания будет больше низшей на = кДж/моль. Это составляет % от низшей теплоты сгорания, откуда
Тогда высшая теплота сгорания равна + = кДж/моль.
. Запишем в общем виде реакцию сгорания : + + Обратим внимание, что приведённые в условии теплоты – удельные. Мольная теплота этой реакции равна , если образуется жидкая вода, и , если образуется газообразная вода (М – молярная масса соединения, равная + . Разница между этими теплотами, равная , соответствует теплоте испарения воды, умноженной на коэффициент , то есть = . Отсюда следует, что для целых и должно выполняться соотношение: = , или = , что после преобразований даёт = . Простейшее решение данного уравнения в целых числах наблюдается при = и = . Тогда искомый углеводород – , его молярная масса равна г/моль, а его высшая и низшая теплоты сгорания равны соответственно = кДж/моль и = кДж/моль.