Рассчитать калорийность топлива,состоящего из ацетилена С2Н2 в кДж/м3,содержащего 20% негорючих примесей. Вода выделяется в газообразном состоянии.

Цель: понять и решить подробно. Условия задачи (уточнённые предположения): - Топливо состоит из ацетилена C2H2 с 20% негорючих примесей (то есть 80% по объёму — это горючий компонент). Примеси не дают энергию. - Продуктами горения ацетилена в газообразной форме являются CO2 и H2O(g). - Рассчёт ведём при стандартных условиях: температура T = 25°C (298 K) и давление P = 1 атм. - Требуемый ответ: калорийность в кДж на 1 м³ смеси (кДж/м³). 1) Энергия сгорания ацетилена (моль-энергия) Реакция: C2H2 + (5/2) O2 → 2 CO2 + H2O(g) Нормальная энтальпия сгорания S.т.р.: ΔHc° ≈ [2·ΔHf°(CO2,g) + ΔHf°(H2O,g)] − ΔHf°(C2H2,g) Используем распространённые значения: - ΔHf°(CO2,g) ≈ −393.5 kJ/mol - ΔHf°(H2O,g) ≈ −241.8 kJ/mol - ΔHf°(C2H2,g) ≈ +226.7 kJ/mol Тогда: ΔHc° ≈ [2(−393.5) + (−241.8)] − 226.7 ≈ [−787.0 − 241.8] − 226.7 ≈ −1255.5 kJ/mol То есть энергия, высвобождаемая при сгорании 1 моля ацетилена, примерно 1256 kJ (модульная величина). Величину возьмём как положительную для энергии, выделяемой топливом: E_C2H2 ≈ 1255–1256 kJ/моль. 2) Количество моль газовой смеси в 1 м³ при 25°C и 1 атм Общее количество молей в 1 м³ газа можно найти по идеальному газу: n = P·V / (R·T) P = 101325 Pa, V = 1 m³, R = 8.314 J/(mol·K), T = 298 K n ≈ 101325 / (8.314·298) ≈ 40.9 моль 3) Моль ацетилена в смеси Из 1 м³ газовой смеси 80% приходится на ацетилен: n(C2H2) ≈ 0.80 · 40.9 ≈ 32.7 моль 4) Энергетическая величина на 1 м³ смеси Энергия, выделяемая 1 моль ацетилена, ≈ 1255–1256 kJ. Энергия на 1 м³ смеси: E(м³) ≈ n(C2H2) · ΔHc° ≈ 32.7 моль · 1256 kJ/моль ≈ 41,0 × 10³ kJ/м³ Итого: приблизительно 4.1 × 10^4 кДж на 1 м³ смеси, то есть около 41 MJ/м³. Замечания по условиям и вариациям: - Мы учитывали, что вода образуется газообразной (H2O(g)); если бы вода образовывалась в жидком виде, энергия сгорания была бы примерно на 44 кДж/моль больше (разница между ΔHf°(H2O,l) и ΔHf°(H2O,g) ≈ 44 kJ/mol). Это приблизительно увеличило бы энергию на ~44 kJ/моль × 32.7 моль ≈ 1.4 МJ на м³. - Если бы условия измерения отличались от 25°C/1 атм, число молей в 1 м³ изменилось бы, и соответствующая энергия-per-м³ изменилась бы пропорционально. Ответ: При учёте 20% негорючих примесей и образовании воды в газообразном состоянии, калорийность смеси составляет примерно 4.1 × 10^4 кДж на 1 м³ (≈ 41 MJ/м³) при стандартных условиях 25°C и 1 атм.