Условие задачи

У какого из двух видов топлива – угля или природного газа – выше удельная теплота сгорания (теплота в расчёте на единицу массы)?

Решение

Дисциплина, к которой относится данная задача, – термодинамика (физическая химия), в частности изучение процессов горения и расчёты теплоты сгорания топлива.

Во входных данных сравниваются два вида топлива по удельной теплоты сгорания – то есть, по количеству энергии, выделяемой при сгорании единицы массы топлива.

Шаг 1. Определим понятие удельной теплоты сгорания
Удельная теплота сгорания (Qₘ) – это количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы топлива. Её обычно измеряют в мегаджоулях на килограмм (МДж/кг).

Шаг 2. Приведём характерные значения для угля и природного газа
• Для угля значения варьируются в зависимости от типа. Для большинства видов угля Qₘ находится примерно в диапазоне 20 – 35 МДж/кг. Например, для битумного угля часто берут значение около 24–30 МДж/кг.
• Природный газ практически состоит из метана (CH₄). Теплота сгорания метана по массе составляет около 50–55 МДж/кг. Рассмотрим расчёт на примере реакции горения метана:

Реакция: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Известно, что изменение энтальпии реакции (ΔH) для метана составляет примерно –802 кДж/моль (значение может немного варьироваться в зависимости от условий, а также различают верхнюю и нижнюю теплоты сгорания). При молярной массе CH₄ ≈ 16 г/моль получаем:
Qₘ = (802 кДж/моль) / (0,016 кг/моль) ≈ 50,1 МДж/кг.

Шаг 3. Сравнение
Сравнивая типичные значения, видим, что удельная теплота сгорания природного газа (около 50 МДж/кг) значительно превышает возможные значения для угля, даже если брать уголь с наилучшей энергетической характеристикой (около 30 МДж/кг).

Вывод:
Природный газ имеет более высокую удельную теплоту сгорания по сравнению с углём. То есть, при сгорании одного килограмма природного газа выделяется больше энергии, чем при сгорании одного килограмма угля.

Таким образом, ответ: у природного газа удельная теплота сгорания выше.