Условие задачи

Теплота сгорания угля равна 393,5 кДж/моль. Напишите термохимическое уравнение реакции. Рассчитайте количество теплоты, которое выделится при сгорании 1 кг угля. Какой объём углекислого газа (н. у.) образовался, если при сгорании угля выделилось 157,4 кДж теплоты?

Решение

Ниже представлено подробное решение задачи по термохимии (химия, энергетика, стехиометрия).

─────────────────────────────
1. Термохимическое уравнение реакции

При сгорании угля, принимая его за чистый углерод, реакция выглядит так:

C(т) + O₂(г) → CO₂(г) ∆H = –393,5 кДж/моль

Отрицательный знак у ∆H означает, что реакция экзотермическая (теплота выделяется).

─────────────────────────────
2. Количество теплоты при сгорании 1 кг угля

Молярная масса углерода C = 12 г/моль. При условии, что уголь состоит преимущественно из углерода, находим число молей в 1 кг (1000 г) угля:

n = (1000 г) ÷ (12 г/моль) ≈ 83,33 моль

Тогда количество теплоты, выделившееся при сгорании 1 кг угля, равно:

Q = 83,33 моль × 393,5 кДж/моль ≈ 32 791 кДж

То есть примерно 32,8 МДж (мегаджоулей).

─────────────────────────────
3. Объём углекислого газа при выделении 157,4 кДж теплоты

Сначала определим число молей углерода (или, что то же самое, CO₂), сгоревшего при выделении 157,4 кДж:

n₍CO₂₎ = (157,4 кДж) ÷ (393,5 кДж/моль) ≈ 0,4 моль

При нормальных условиях (н. у.) один моль газа занимает объём 22,4 л. Тогда объём углекислого газа будет:

V = 0,4 моль × 22,4 л/моль = 8,96 л

Округляем до приблизительно 9 л.

─────────────────────────────
Ответ:

1) Термохимическое уравнение сгорания угля:
C(т) + O₂(г) → CO₂(г), ∆H = –393,5 кДж/моль.

2) При сгорании 1 кг угля выделяется примерно 32,8 МДж теплоты.

3) При выделении 157,4 кДж теплоты образуется примерно 9 л CO₂ (при нормальных условиях).

Эти расчёты основаны на допущении, что уголь можно считать чистым углеродом.