Напишите химические уравнения реакций горения газовых составляющих заданной топливной смеси

Реакция горения метана:

СН_{4 (г)} + 2О_{2 (г)} ® СО_{2 (г)} + 2Н₂О_(ж)

Реакция горения бутана:

С₄Н_{10 (г)} + 13/2О_{2 (г)} ® 4СО_{2 (г)} + 5Н₂О_(ж).

Энтальпия Δ _r Н⁰ ₂₉₈ этих химических реакций является теплотой сгорания газового топлива Δ Н⁰ _сг.

2. Рассчитайте, сколько теплоты можно получить при сжигании заданного объема топливной смеси заданного состава (объемные %), условия считать нормальными.

С использованием закона Гесса рассчитаем теплоту сгорания газового топлива Δ Н⁰ _сг при стандартном состоянии и 298 К, используя табличные данные (см. приложение, табл.) теплоты образования всех веществ, участвующих в реакции горения (Δ _f Н⁰ ₂₉₈):

для метана

Δ Н⁰ _{сг СН4} = Δ _r Н⁰ ₂₉₈ = Δ _f Н⁰ _СО2 + Δ _f Н⁰ _Н2О - Δ _f Н⁰ _СН4 - 2Δ _f Н⁰ _О2 =

= - 393,62 + 2^. (-285,84) – (-74,78) - 0 = -802,28 кДж/моль.

для бутана

Δ Н⁰ _{сг С4Н10} = Δ _r Н⁰ ₂₉₈ = 4Δ _f Н⁰ _СО2 + 5Δ _f Н⁰ _Н2О - Δ _f Н⁰ _С4Н10 - 13/2Δ _f Н⁰ _О2 =

= 4^.(- 393,62) + 5^. (-285,84) – (-126,15) - 0 = -2877,53 кДж/моль.

Удельная теплота сгорания Q_Т газового топлива:

Q_T = - (Δ Н _сг^.1000/22,4), кДж/м³,

где 22,4 л/моль – молярный объем газа при н.у.

для метана

Q_{T , СН4}= - (-802,28 ^. 1000 / 22,4) =35816 кДж/м³.

для бутана

Q_{T , С4Н10}= - (-2877,53 ^. 1000 / 22,4) =128461 кДж/м³.

Суммарное количество теплоты, полученное при сгорании данной топливной смеси с учетом объемов газов:

Q = Q_{T , СН4}^. V_СН4 + Q_{T , С4Н10}^. V_С4Н10 =

=35816^.(1^.0,5)+128461^.(1^.0,5) =82138,5 кДж.

3. Из заданной топливной смеси выберите наиболее энергоэффективное топливо. Рассчитайте удельную теплоту сгорания этого топлива Q_T, кДж/м³. Рассчитайте минимальный объем этого топлива для получения 100 МДж теплоты.

Наиболее энергоэффективное топливо в данной топливной смеси – бутан, удельная теплота сгорания Q_{T , С4Н10} = 128461 кДж/м³.

Для получения 100 МДж теплоты необходимо сжечь:

V_С4Н10 = Q/ Q_{T , С4Н10} =100000/128461=0,778 м³ = 778 л.