3. Рассчитать теплотворную способность каменного угля, если известно, что в нем содержится 80% углерода, а в отходящих газах после сгорания угля содержится 14% со2 и 2% со по объему.

Дано: ωC = 80% масс. ω= 14% об. ω= 2 % об.

Qкаменного угля - ?

РЕШЕНИЕ:

Теплотворной способностью топлива называется тепловой эффект, который соответствует сгоранию единицы массы (1 кг) для твердых и жидких видов топлив (Q_р, кДж/кг).

Приводим уравнения горения углерода

С_(к) + О_2(г) = СО_2(г) (4.8)

С_(к) + ½ О_2(г) = СО_(г) (4.9)

Из приведенных уравнений (ур. 4.8 и 4.9) следует, что масса сгоревшего углерода пропорционально объемам образовавшихся газов. Поскольку в каменном угле содержится 80% углерода, то в 1000 г каменного угля содержится 800 г углерода и в СО₂превратилось (ур 4.8)

г углерода,

а в СО превратилось:г углерода (ур. 4.8)

Исходя из того, что тепловые эффекты реакций (4.8) и (4.9) есть стандартные энтальпии образования СО₂и СО (величины табличные), но взятые с противоположным знаком, посколькуDН= -Q_р

D_fН^o(298 K, СО₂) = - 393,5 кДж/моль

и D_fН^o(298 K, СО) = - 110,5 кДж/моль

рассчитываем количество теплоты, выделившейся при сгорании 700 г углерода до СО₂ (ур. 4.8). Молярная масса углерода

М_С = 12 г/моль.

При сгорании

12 г углерода выделяется 393,5 кДж

700 г углерода выделяется Q_р(4.8) кДж

откуда:

Q_р(4.7) кДж

Рассчитываем количество теплоты, выделившейся при сгорании 100 г углерода до СО (ур.4.9).

при сгорании

12 г углерода выделяется 110,5 кДж

100 г углерода выделяется Q_р(4.9) кДж

откуда:

Q_р(4.9) кДж

Следовательно теплотворная способность каменного угля

Q_р = Q_р(4.8) + Q_р(4.9) = 22954 + 921 = 23875 кДж/кг

5. Скорость химических реакций и химическое равновесие уровень в

1. При погружении цинковой пластины в раствор хлороводородной кислоты за одно и то же время при температуре 293 К выделилось 8 см³ водорода, а при температуре 303 К – 13 см³ водорода. Водород собран над водой при давлении 740 мм рт. ст. Рассчитать энергию активации протекающей реакции. Давление паров воды при температуре 293 К составляет 17,54 мм рт. ст., а при температуре 303 К - 31,82 мм рт. ст.

Дано: Т1 = 293 К, Т2 = 303 К, = 8 см3, = 13 см3, P= 21,07 мм рт.ст. P=31,82 мм рт.ст. P = 740 мм рт.ст. τ- ? -?

РЕШЕНИЕ: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ Из уравнения выражаем энергию активации (5.3)

Скорость гетерогенной реакции определяем по уравнению:

, моль/(см²·мин) (5.4)

где - количество моль выделяющегося водорода;

S – площадь цинковой пластины, см²;

τ – время протекания реакции, мин.

_{Определяем отношение скоростей выделения водорода при двух различных температурах (площадь пластины и время протекания реакции постоянны):}

=:= (5.5)

_{По уравнению Менделеева-Клапейрона}

PV=nRT, а так какP=(Р –P), то

(P–P)V=nRT, (5.6)

где Р – общее давление газов, мм. рт. ст;

P-давление насыщенного водяного пара при температуре опыта, мм. рт. ст.;

V - объем выделившегося водорода, см³;

Т - температура опыта, К;

R -универсальная газовая постоянная.

Из уравнения (5.6) n=(Р –P)V/RT(5.7)

_{Подставив выражение (5.7) для температур Т1 и Т2 в отношение (5.5), получим}

= :

=

Откуда = 31834 Дж/моль =

= 31,83 кДж/моль

Ответ: = 31,83 кДж/моль.

2. На основании принципа Ле Шателье определить, в каком направлении сместится равновесие:

2SO_2(г) + O_2(г) <=> 2SO_3(г), Δ_rH⁰(298K) = -284,2 кДж, при:

а) понижении температуры, б) повышении концентрации SO_3, в) повышении давления. Записать выражение для константы равновесия реакции. Ответы обосновать.

Дано: Уравнение реакции ΔrH0(298K)=-284,2 кДж Определить направление смещения равновесия при изменении Т, Р, С

РЕШЕНИЕ: Выражение константы равновесия реакции может быть приведено в зависимости от равновесных парциальных давлений газообразных участников реакции (5.8) или от их равновесных концентраций (5.9):

, (5.8). (5.9)

а) Выражение зависимости константы равновесия от термодинамических характеристик реакции имеет вид:

-2,3RTlgK_P= Δ_rH⁰(298K) –T^.Δ_rS⁰(298K), откуда

. Смещение равновесия реакции при изменении температуры зависит от знака изменения стандартной энтальпии реакции Δ_rH⁰(298K). Так как Δ_rH⁰(298K)<0, то при понижении температуры показатель степенивозрастать.

возрастает при увеличении числителя и уменьшении знаменателя, а это возможно при протекании прямой реакции, т.е равновесие 2SO_2(г)+O_2(г)<=> 2SO_3(г)будет смещено вправо (→).

б) Константа равновесия остается величиной постоянной при любом изменении концентрации участников реакции. Поэтому при повышении концентрацииSO₃(числитель) при неизменном значении К_Сдолжны автоматически возрасти концентрации исходных веществ (знаменатель), а это возможно при протекании обратной реакции, т.е. в этом случае равновесие сместится влево (←).

в) В соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления смещает равновесие в сторону той реакции, которая сопровождается уменьшением давления или уменьшением суммарного числа моль газообразных веществ.

(газ)

= 2моль(газ)

Следовательно, при повышении давления равновесие системы смещается вправо (→).

2. Вычислить константу равновесия для гомогенной системы 4NH_3(г) +3O_2(г) <=> 2N_2(г) + 6H₂O_(г), если исходные концентрации NH_3(г) и O_2(г) соответственно равны 6,0 и 5,0 моль/л, а равновесная концентрация N_2(г) равна 1,8 моль/л.

Дано: Уравнение реакции, моль/л, моль/л, [N2] = 1,8 моль/л Kс- ?

РЕШЕНИЕ: . (5.11) Расчет количеств прореагировавших и образовавшихся при установлении равновесия веществ проводится по уравнению реакции. Равновесная концентрация исходных

веществ равна разности исходной концентрации и концентрации прореагировавших веществ. Равновесная концентрация продуктов реакции равна количеству образовавшихся продуктов реакции, т.к. в исходном состоянии их количество было равно нулю.

Обозначим через х количество моль прореагировавших или образовавшихся веществ. Тогда с учетом коэффициентов в уравнении реакции отношения концентраций во второй строке под уравнением реакции равны: (:::= 4:3:2:6).

Последовательность расчетов равновесных концентраций веществ, участвующих в реакции, показана ниже:

	4NH3+ 3O2 <=> 2N2 + 6H2O
Исходная концентрация веществ, моль/л	6,0	5,0		0	0
Прореагирова-ло, моль/л	- 4х	- 3х	Образо-валось, моль/л	+ 2х	+ 6х
Равновесная концентрация веществ, моль/л	6,0-4х	5,0-3х		2х	6х

По условию задачи равновесная концентрация N₂равна 1,8 моль/л. В то же время [N₂] = 2х. Следовательно, 2х = 1,8,

а х = 0,9. Тогда равновесные концентрации веществ равны, моль/л:

[NH₃] = 6,0-4·0,9 = 2,4 моль/л,

[O₂] = 5,0-3·0,9 = 2,3 моль/л,

[N₂] = 1,8 моль/л,

[H₂O] = 6,0·0,9 = 5,4 моль/л.

=198,95.

Ответ: K_с= 198,95.