Решение задач на сгорание топлива

Задача №10

Легковой автомобиль прошел путь, равный $320 \space км$ со средней скоростью $80 \frac{км}{ч}$. При этом было израсходовано $20 \space л$ бензина. Определите среднюю мощность автомобиля на этом пути, если только третья часть теплоты, полученной при сгорании топлива, использовалась полезно.

Дано:$\upsilon_{ср} = 80 \frac{км}{ч}$$s = 320 \space км$$V = 20 \space л$$\rho = 710 \frac{кг}{м^3}$$q = 4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$$\eta = \frac{1}{3}$

СИ:$\upsilon_{ср} \approx 22.2 \frac{м}{c}$$s = 320 \space 000 \space м$$V = 20 \cdot 10^{-3 }\space м^3$

$N_{ср} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

По определению средняя мощность определяется следующим образом:$N_{ср} = \frac{A}{t}$.

Время мы моем определить, используя известные среднюю скорость и путь:$t = \frac{s}{ \upsilon_{ср}}$.

Когда речь идет о мощности, то под величиной $A$ понимается полезная работа. Ее мы можем определить, используя формулу КПД:$\eta = \frac{A_п}{A_з} = \frac{A}{Q}$, где $Q$ — это количество теплоты, которое выделилось при сгорании бензина.Найти эту величину мы можем по формуле:$Q = qm = q \rho V$.Тогда полезная работа будет рассчитываться по формуле:$A = Q \cdot \eta = q \rho V \cdot \eta$.

Подставим выражения для времени и работы в формулу для мощности:$N_{ср} = \frac{q \rho V \cdot \eta}{\frac{s}{\upsilon_{ср}}} = \frac{q \rho V \cdot \eta \cdot \upsilon_{ср}}{s}$.

Рассчитаем ее:$N_{ср} = \frac{4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} \cdot 710 \frac{кг}{м^3} \cdot 20 \cdot 10^{-3} \space м^3 \cdot \frac{1}{3} \cdot 22.2 \frac{м}{с}}{320 \space 000 \space м} \approx \frac{4834 \cdot 10^6}{0.32 \cdot 10^6} \cdot \frac{Дж}{с} \approx 15 \space 106 \space Вт \approx 15 \space кВт$.

Ответ: $N_{ср} \approx 15 \space кВт$.

Задача №2

Заряд пороха в патроне пулемета имеет массу $3.2 \space г$. Теплота сгорания пороха равна $3.8 \frac{МДж}{кг}$. Сколько выделяется тепла при каждом выстреле?

Дано:$q = 3.8 \frac{МДж}{кг}$$m = 3.2 \space г$

СИ:$q = 3.8 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг}$$m = 3.2 \cdot 10^{-3} \space кг$

$Q — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Формула для расчета количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива:$Q = qm$.

Подставим в формулу известные величины и рассчитаем количество теплоты:$Q = 3.8 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} \cdot 3.2 \cdot 10^{-3} \space кг = 12.16 \cdot 10^3 \space Дж \approx 12.16 \space кДж$.

Такое количество теплоты выделяется при каждом выстреле.

Ответ: $Q \approx 12.16 \space кДж$.

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов

Представлена таблица удельной теплоты сгорания газообразного топлива и некоторых других горючих газов в размерности МДж/кг. Из рассмотренных газов наибольшей массовой удельной теплотой сгорания отличается водород. При полном сгорании одного килограмма этого газа выделится 119,83 МДж тепла. Также высокой теплотворной способностью обладает такое топливо, как природный газ — удельная теплота сгорания природного газа равна 41…49 МДж/кг (у чистого метана 50 МДж/кг).

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов (водород, природный газ, метан)

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
1-Бутен	45,3
Аммиак	18,6
Ацетилен	48,3
Водород	119,83
Водород, смесь с метаном (50% H2 и 50% CH4 по массе)	85
Водород, смесь с метаном и оксидом углерода (33-33-33% по массе)	60
Водород, смесь с оксидом углерода (50% H2 50% CO2 по массе)	65
Газ доменных печей	3
Газ коксовых печей	38,5
Газ сжиженный углеводородный СУГ (пропан-бутан)	43,8
Изобутан	45,6
Метан	50
н-Бутан	45,7
н-Гексан	45,1
н-Пентан	45,4
Попутный газ	40,6…43
Природный газ	41…49
Пропадиен	46,3
Пропан	46,3
Пропилен	45,8
Пропилен, смесь с водородом и окисью углерода (90%-9%-1% по массе)	52
Этан	47,5
Этилен	47,2

Задача №4

Начальная температура двух литров воды составляет $20 \degree C$. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании $10 \space г$ спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

При записи условий задачи, обозначим все величины, связанные с водой, нижним индексом “в”, а со спиртом — “с”.

Дано:$V_в = 2 \space л$$m_с = 10 \space г$ $t_1 = 20 \degree C$$\rho_в = 1000 \frac{кг}{м^3}$$c_в = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$$q_с = 2.7 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$

СИ:$ V_в = 2 \cdot 10^{-3} \space м^3$$m_с = 0.01 \space кг$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Рассчитаем количество теплоты, которое выделится при сгорании указанной массы спирта:$Q_с = q_с m_с$,$Q_с = 2.7 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} \cdot 0.01 \space кг = 2.7 \cdot 10^5 \space Дж$.

Это же количество теплоты пошло на нагревание воды: $Q_с = Q_в$.

Формула для расчета количества теплоты, необходимого для нагревания воды:$Q_в = c_в m_в (t_2 — t_1)$.

Масса воды нам неизвестна, поэтому выразим ее через плотность и объем:$m_в = \rho_в V_в$.

Подставим в формулу:$Q_в = c_в \rho_в V_в (t_2 — t_1)$.

Выразим отсюда конечную температуру $t_2$, до которой нагреется вода, если ей сообщили количество теплоты $Q_с$, выделившееся при сжигании спирта:$Q_с = c_в \rho_в V_в t_2 — c_в \rho_в V_в t_1$,$t_2 = \frac{Q_с + c_в \rho_в V_в t_1}{c_в \rho_в V_в}$.

Рассчитаем эту температуру:$t_2 = \frac{2.7 \cdot 10^5 \space Дж + 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 1000 \frac{кг}{м^3} \cdot 2 \cdot 10^{-3} \space м^3 \cdot 20 \degree C}{4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 1000 \frac{кг}{м^3} \cdot 2 \cdot 10^{-3} \space м^3} = \frac{2.7 \cdot 10^5 \space Дж + 1.68 \cdot 10^5 \space Дж}{8.4 \cdot 10^{-3} \frac{Дж}{\degree C}} = \frac{4.38 \cdot 10^5 \space Дж}{8.4 \cdot 10^{-3} \frac{Дж}{\degree C}} \approx 52 \degree C$. 

Ответ: $t_2 \approx 52 \degree C$.

Как перевести кг в Килоджоули?

Килоджоуль в килограмм-сила-сантиметр

1. килоджоуль =
2. Килограмм-силы-сантиметр
3. Килограмм-сила-сантиметр =
4. 9.81 * 10-5 килоджоулей Поделиться Перевести другие величины

Что такое Кдж в физике?

За единицу работы принимают работу, совершаемую силой в 1 Н на пути, равном 1 м. Единица работы — джоуль (Дж), названа в честь английского учёного Джеймса Джоуля

Обрати внимание! Используются килоджоули (кДж) и миллиджоули (мДж)

Чему равен 1 Миллиджоуль?

Таблица перевода из Джоулей в Миллиджоуль

Джоуль	1	25
Миллиджоуль	1 000	25 000

Сколько Мега Дж в Дж?

Мегаджоули в Джоули

1 Мегаджоули = 1000000 Джоули	10 Мегаджоули = Джоули
2 Мегаджоули = 2000000 Джоули	20 Мегаджоули = Джоули
3 Мегаджоули = 3000000 Джоули	30 Мегаджоули = Джоули
4 Мегаджоули = 4000000 Джоули	40 Мегаджоули = Джоули
5 Мегаджоули = 5000000 Джоули	50 Мегаджоули = Джоули

Как перевести из дж в Вт?

Джоуль в ватт*час

1. джоуль =
2. 0.000278. ватт*час
3. ватт*час =
4. 3 600. джоулей Поделиться Перевести другие величины

Тепловой эффект химической реакции

Тепловой эффект – это количества тепла или энергии, которое выделилось или поглотилось во время химической реакции, относительно 1 моль вещества. В химии тепловой эффект обозначают символом Q, измеряют в ккал/моль или кДж/моль. Согласно определению выделяют два типа процессов:

• Экзотермические реакции – протекают с выделением тепла, процесс происходит быстро, в конце реакции записывается, как +Q.
• Эндотермические реакции – протекают с поглощением тепла. Чтобы получить конечный продукт, реагенты нагревают. Процессы занимают много времени. В конце реакции обозначаются, как –Q.

Чем больше прореагирует химического вещества, тем больше выделиться энергии. Следовательно, тепловой эффект зависит от химического вещества в моль вступившего в реакцию.

Экзотермическая реакция	Выделяется тепло H2+Cl2=2HCl+Q
Эндотермическая реакция	Поглощается тепло N2+O2=2NO-Q

По энергии ионизации   реагенты в эндотермической  реакции  находятся выше оси нулевой энергии, т.е.  скорость прямой реакции выше, чем обратной и наоборот, в эндотермических реакциях – скорость обратной реакции выше, чем прямой.

Задача №9

КПД шахтной печи составляет $60 \%$. Сколько надо древесного угля, чтобы нагреть $10 \space 000 \space кг$ чугуна от $20 \degree C$ до $1100 \degree C$?

Дано:$\eta = 60 \% = 0.6$$m_ч = 10 \space 000 \space кг$$c_ч = 540 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$$t_1 = 20 \degree C$$t_2 = 1100 \degree C$$q_у = 3.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$

$m_у — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Формула для КПД шахтной печи:$\eta = \frac{Q _ч}{Q_у}$, где $Q_ч$ — количество теплоты, которое необходимо сообщить чугуну, чтобы нагреть его, $Q_у$ — количество теплоты, которое выделится при сгорании древесного угля неизвестной массы.

Выразим отсюда $Q_у$:$Q_у = \frac{Q_ч}{\eta}$.

Количество тепла, которое выделится при сгорании древесного угля, определяется по формуле:$Q_у = q_у m_у$.

Выразим отсюда массу древесного угля:$m_у = \frac{Q_у}{m_у}$.

Подставим сюда найденное выражение для $Q_у$:$m_у = \frac{\frac{Q_ч}{\eta}}{q_у} = \frac{Q_ч}{\eta \cdot q_у}$.

Рассчитаем отдельно величинe $Q_ч$.Количество теплоты, необходимое для нагревания чугуна:$Q_ч = = c_ч m_ч (t_2 — t_1)$.

Рассчитаем его:$Q_ч = 540 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 10 \space 000 \space кг \cdot (1100 \degree C — 20 \degree C) = 0.54 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} \cdot 1080 \degree C = 583.2 \cdot 10^7 \space Дж$.

Теперь мы можем рассчитать необходимую массу древесного угля:$m_у = \frac{583.2 \cdot 10^7 \space Дж}{0.6 \cdot 3.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}} = \frac{583.2 \space кг}{2.04} \approx 286 \space кг$.

Ответ: $m_у \approx 286 \space кг$.

Термохимическое уравнение

Химические уравнения, в которых отображается тепловой эффект называются термохимическими. При записи в скобках обязательно указывают агрегатное состояние вещества: твердое, жидкое, газообразное и другое. Коэффициенты прописываются в условии: дробные или цельные числа.

При расчете учитывают температуру и давление, при которых протекает процесс. Если в условиях задачи не прописаны значения, то их принимают как стандартные: температура 278К, а давление 110,3 кПа.

В конце записи химического уравнения записывают значение Q, которое берут в справочнике, отдельно для каждого вещества. Энергия представлена в кДж в стандартных условиях. Применяется для расчета по формулам.

Вопросы на закон Джоуля-Ленца

Вопрос 1. Как звучит закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца гласит:

Q=I2Rt

Вопрос 2. Почему проводник с током нагревается?

Ответ. При прохождении тока по проводнику положительные ионы в узлах кристаллических решеток проводника за счет энергии тока начинают сильнее колебаться. Это сопровождается увеличением внутренней энергии проводника, т.е. его нагреванием. При этом энергия тока выделяется в виде теплоты, которую называют джоулевым теплом.

Вопрос 3. Как был открыт закон Джоуля-Ленца?

Ответ.  По спирали, помещенной в калориметр с водой, пропускали электрический ток. Через некоторое время вода нагревалась. По температуре воды можно было вычислить количество выделившейся теплоты. Эмпирическим путем было доказано, что при прохождении тока по проводнику, обладающему определенным сопротивлением, в течение времени током совершается работа, проявляющаяся в виде выделившейся теплоты.

Английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Ленц изучали зависимость количества выделяемой теплоты от силы тока одновременно. Они пришли к одному и тому же выводу независимо друг от друга.

Вопрос 4. Как еще можно записать закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Воспользовавшись законом Ома для участа цепи, закон Джоуля-Ленца можно переписать следующим образом:

Q=UIt=U2Rt

Вопрос 5. Каково практическое применение закона Джоуля-Ленца?Ответ. Закон Джоуля-Ленца находит широкое применение на практике:

1. На нем основан принцип действия многих нагревательных приборов (чайник, электроплитка, фен, утюг, паяльник и т.д).
2. На принципе закона Джоуля-Ленца основана контактная сварка, где создание неразъемного сварного соединения достигается путем нагрева металла за счет проходящего через него электрического тока и пластической деформации свариваемых деталей путем сжатия. Электродуговая сварка также использует закон Джоуля-Ленца.
3. Расчеты на основе закона Джоуля-Ленца позволяют стабилизировать и минимизировать тепловые потери в линиях электропередач.

Сколько кВт в кДж?

Киловатт в Килоджоуль в час Таблица преобразования

Киловатт	Килоджоуль в час [кДж / ч]
1 кВт	3600 кДж / ч
2 кВт	7200 кДж / ч
3 кВт	10800 кДж / ч
5 кВт	18000 кДж / ч

Как перевести килограммы в киловатт?

Формула, используемая для перевода кг в киловатт-час, выглядит следующим образом: 1 Килограмм = 24965421632.8038 Киловатт-час.

Сколько стоит 1 Н? Ньютон (Н) — международная единица измерения силы. Один ньютон равен 1 килограмму на метр в секунду в квадрате.. Проще говоря, 1 ньютон силы — это сила, необходимая для ускорения объекта массой 1 килограмм на 1 метр в секунду в секунду.

Сколько кг составляет 1n? Коэффициенты преобразования

vte	ньютон (единица СИ)	килограмм-сила, килопонд
1 N	≡ 1 кг⋅м / с 2	≈ 0.10197 кгс
1 дин	= 10 – 5 N	≈ 1.0197 × 10 — 6 kp
1 кп	= 9.80665 Н	≡ г n × 1 кг
1 фунтов	≈ 4.448222 Н	≈ 0.45359 кгс

Как перевести Килоджоули в калории?

КДж в Ккал

1 КДж = 0.2388 Ккал	10 КДж = 2.3885 Ккал
3 КДж = 0.7165 Ккал	30 КДж = 7.1654 Ккал
4 КДж = 0.9554 Ккал	40 КДж = 9.5538 Ккал
5 КДж = 1.1942 Ккал	50 КДж = 11.9423 Ккал
6 КДж = 1.4331 Ккал	100 КДж = 23.8846 Ккал

Как рассчитать Килоджоули?

1 килокалория = 4.1868 кДж. Соответственно, чтобы перевести килоджоули в килокалории, надо число килоджоулей поделить на 4.1868. А если нужны именно калории, то полученное число умножаем на 1000….

Как считается энергетическая ценность продукта?

Зависит от химического состава пищи (количества белков, жиров, углеводов и других веществ). Энергетическая ценность как правило указывается на упаковке любых продуктов, изготавливаемых промышленностью. Калорийность пищи рассчитывают посредством её сжигания в калориметре.

Как вычислить энергетическую ценность?

Расчет энергетической ценности продуктов производится путем определения количества Ккал каждого показателя: углеводов, белков, жиров и кислот на 100 гр. – 4,0 Ккал; жиры (1 гр.) – 9,0 Ккал.

Таблица энергий сродства атома к электрону химических элементов (4 часть):

91	Протактиний	Pa	53,03 кДж/моль (0,55 эВ) – предположительно
92	Уран	U	30,390(9) кДж/моль (0,31497(9) эВ)
93	Нептуний	Np	45,85 кДж/моль (0,48 эВ) – предположительно
94	Плутоний	Pu	-48,33 кДж/моль (-0,50 эВ) – предположительно
95	Америций	Am	-48,33 кДж/моль (0,10 эВ) – предположительно
96	Кюрий	Cm	27,17 кДж/моль (0,28 эВ) – предположительно
97	Берклий	Bk	-165,24 кДж/моль (-1,72 эВ) – предположительно
98	Калифорний	Cf	-165,24 кДж/моль (-1,01 эВ) – предположительно
99	Эйнштейний	Es	-28,60 кДж/моль (-0,30 эВ) – предположительно
100	Фермий	Fm	-28,60 кДж/моль (0,35 эВ) – предположительно
101	Менделевий	Md	93,91 кДж/моль (0,98 эВ) – предположительно
102	Нобелий	No	-223,22 кДж/моль (-2,33 эВ) – предположительно
103	Лоуренсий	Lr	-30,04 кДж/моль (-0,31 эВ) – предположительно
104	Резерфордий (Курчатовий)	Rf
105	Дубний (Нильсборий)	Db
106	Сиборгий	Sg
107	Борий	Bh
108	Хассий	Hs
109	Мейтнерий	Mt
110	Дармштадтий	Ds

Коэффициент востребованности
1 810

Сколько ньютонов в 60 кг?

Например, на Земле, где ускорение свободного падения составляет 9.8 м/с.2, человек массой 60 кг весит 588 ньютонов (132 lbs).

Что такое джоулевые измерения? Единицы и размеры

Количество	Размеры	Ед. изм
энергетика		джоуль
количество тепла		джоуль
Работа		джоуль
мощностью		ватт

Что такое ньютон единица СИ?

Ньютон, абсолютная единица силы в Международной системе единиц (единицы СИ), сокращенно Н. Она определяется как сила, необходимая для обеспечения массы в один килограмм с ускорением один метр в секунду в секунду.

Как перевести джоули в ньютоны? 1 джоуль равен 1 ньютон-метру. Отношение джоулей к ньютон-метрам составляет 1:1. Если вам нужно преобразовать любое число из джоулей в ньютоны, все, что вам нужно сделать, это умножьте на 1.

Как найти джоули в химии?

Формулы

1. → джоули = граммы * c * ΔT.
2. T = температура в ºC или кельвинах.
3. Удельная теплоемкость с зависит от нагреваемого материала. Его единицы джоулей / _{граммºC} .

Как преобразовать N в J? Чтобы перевести любое число из ньютонов в джоули, умножьте число на 1. Отношение ньютонов к джоулям на метр составляет 1:1. Например, вы хотите преобразовать силу в 9.6 ньютона в джоули на метр. Умножьте 9.6 на 1, и вы получите 9.6 джоулей на метр.

Какая формула энергии?

Обзор работы, энергии и мощности

Что такое работа, энергия и сила?
Работа
Энергия
Определение	Энергия определяется как способность совершать работу.
Формула	Энергия, запасенная в объекте из-за его положения и высоты, известна как потенциальная энергия и определяется по формуле: PE = mgh

Как перевести кДж в кг? Укажите ниже значения для преобразования килограмм/джоуль [кг/Дж] в килограмм/килоджоуль [кг/кДж] или наоборот. … Килограмм / джоуль в Килограмм / килоджоуль Таблица преобразования.

Килограмм / джоуль [кг / Дж]	Килограмм / килоджоуль [кг / кДж]
0.01 кг / Дж	10 кг / кДж
0.1 кг / Дж	100 кг / кДж
1 кг / Дж	1000 кг / кДж
2 кг / Дж	2000 кг / кДж

Примеры задач

Задача 1

45 г глюкозы (С₆Н₁₂О₆) подвергли обработке избытком кислорода, в результате чего выделилось 700 кДж энергии. Выясните значение теплового эффекта? Реакция протекала по следующей формуле:

С₆Н₁₂О₆ (тв) + 6О₂(газ) = 6СО₂(газ) + 6Н₂О(газ) + 700 кДж

Решение:

Найдем химическое количество глюкозы:

n(C₆H₁₂O₆) = m(C₆H₁₂O₆₎ :M(C₆H₁₂O₆₎ = 45 г : 180 г/моль = 0,25 моль;

Получается, что при взаимодействии 0,25 моль вещества образуется 700 кДж энергии. Тепловой эффект приравнивают к значению 1 моль. Следовательно, составим пропорцию:

0,25 моль – 700 кДж

1 моль – Q кДж

Q = (1* 700) : 0,25 = 700 : 0,25 = 2800 кДж 

Задача 2

Представлено термохимическое уравнение, в процессе которого выделилось 3330 кДж энергии, образовалось 68 г Al₂O₃.Рассчитайте какое количества тепла выделилось, уравнение имеет следующий вид:

3Fe₃O₄ (тв) + 8A(тв)l = 9 Fe(тв) + 4Al₂O₃(тв) + 3300Дж

Решение:

Найдем химическое количество оксида алюминия(III):

n(Al₂O₃)= m(Al₂O₃ : M(Al₂O₃) = 68 г : 102 г/моль = 0,677 моль;

Исходя из исходного уравнения, для получения 4 моль оксида алюминия(III) расходуется 3330 кДж энергии, для того, чтобы выяснить, сколько выделяется тепла для 68 г, нужно составить пропорцию:

4 моль – 3330 кДж

0,667 моль – Q кДж

Q = (0,667 * 3330) : 4 = 2,221 : 4 = 555 кДж;

Задача №7

Используя графики зависимости количества теплоты, выделяющегося при полном сгорании топлива, от массы топлива (рисунок 1), определите для каких видов топлива построены эти графики, и вычислите количество теплоты, которое выделяется при сгорании $2.2 \space кг$ каждого вида топлива.

Рисунок 1. Графики зависимости количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива, от массы топлива

Для того чтобы записать условия задачи, давайте получим нужную нам информацию из представленных графиков.

Посмотрим на графики и выберем удобные для нас точки, чтобы соотнести точное количество теплоты и массу топлива. Для графика №1: при массе топлива $5 \space кг$ выделяется $150 \space МДж$ энергии. У графика №2: при массе топлива $3.5 \space кг$ выделяется $50 \space МДж$ энергии.

Для того чтобы определить вид топлива, нам нужно найти его удельную теплоту сгорания. Значит, их мы и будем искать для ответа на первый вопрос задачи. Теперь можно записать условия задачи.

Дано:$Q_1 = 150 \space МДж$ $Q_2 = 50 \space МДж$$m_1 = 5 \space кг$$m_2 = 3.5 \space кг$$m = 2.2 \space кг$

СИ:$Q_1 = 15 \cdot 10^7 \space Дж$ $Q_2 = 5 \cdot 10^7 \space Дж$

$q_1 — ?$$q_2 — ?$$Q_{11} — ?$$Q_{22} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Формула для расчета количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива:$Q = qm$.Выразим отсюда удельную теплоту сгорания:$q = \frac{Q}{m}$.

Найдем удельную теплоту сгорания для топлива, соответствующего графику №1:$q_1 = \frac{Q_1}{m_1} = \frac{15 \cdot 10^7 \space Дж}{5 \space кг} = 3 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$.Пользуясь таблицей из урока «Энергия топлива. Удельная теплота сгорания», определяем, что такая величина удельной теплоты сгорания соответствует антрациту.

Рассчитаем, какое количество теплоты выделится при сгорании $2.2 \space кг$ антрацита:$Q_{11} = q_1m = 3 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} \cdot 2.2 \space кг = 6.6 \cdot 10^7 \space Дж = 66 \space МДж$.

Найдем удельную теплоту сгорания для топлива, соответствующего графику №2:$q_2 = \frac{Q_2}{m_2} = \frac{5 \cdot 10^7 \space Дж}{3.5 \space кг} \approx 1.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$.Такая величина удельной теплоты сгорания соответствует торфу.

Рассчитаем, какое количество теплоты выделится при сгорании $2.2 \space кг$ торфа:$Q_{22} = q_2m = 1.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} \cdot 2.2 \space кг = 3.08 \cdot 10^7 \space Дж \approx 31 \space МДж$.

Ответ: антрацит, $Q_{11} = 66 \space МДж$; торф, $Q_{22} \approx 31 \space МДж$.

Закон Гесса

В 1840 году русский ученый описал закон термохимии, который до сих пор используется. Его называют законом Гесса:

Тепловой эффект зависит от агрегатного состояния начальных и конечных продуктов, промежуточные стадии, не влияют.

Это правило помогает узнать тепловой эффект промежуточных стадий. Он будет равен разнице между начальным и конечным значением. По сумме переходных реакций выясняют общий тепловой эффект.

Тепловой эффект химических реакций

Количество теплоты, которые выделяется или поглощается в результате реакции, называют тепловым эффектом данной реакции.

• обычно обозначают Q

  Q_p = Q_кон. — Q_исх. 

• выражают в Дж или кДж

  2H₂(г) + O₂(г) = 2H₂O(ж) + 484 кДж

Смотри также:

• Классификация химических реакций в неорганической и органической химии
• Скорость химической реакции, ее зависимость от различных факторов
• Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия под действием различных факторов
• Электролитическая диссоциация электролитов в водных растворах. Сильные и слабые электролиты
• Реакции ионного обмена
• Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная
• Реакции окислительно-восстановительные. Коррозия металлов и способы защиты от нее
• Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)
• Ионный (правило В.В. Марковникова) и радикальный механизмы реакций в органической химии

Таблица энергий сродства атома к электрону химических элементов (1 часть):

Атомный номер	Химический элемент	Символ	Энергия сродства атома к электрону
1	Водород	1H	72,769(2) кДж/моль (0,754195(19) эВ)
1	Дейтерий	2H	72,814(4) кДж/моль (0,75467(4) эВ)
2	Гелий	He	-48(20) кДж/моль (-0,5(2) эВ) – предположительно
3	Литий	Li	59,6326(21) кДж/моль (0,618049(22) эВ)
4	Бериллий	Be	-48(20) кДж/моль (-0,5(2) эВ) – предположительно
5	Бор	B	26,989(3) кДж/моль (0,279723(25) эВ)
6	Углерод	12C	121,7763(1) кДж/моль (1,2621226(11) эВ)
6	Углерод	13C	121,7755(2) кДж/моль (1,2621136(12) эВ)
7	Азот	N	-6,8 кДж/моль (-0,07 эВ)
8	Кислород	16O	140,9760(2) кДж/моль (1,4611136(9) эВ)
8	Кислород	17O	140,9755(3) кДж/моль (1,461108(4) эВ)
8	Кислород	18O	140,9752(3) кДж/моль (1,461105(3) эВ)
9	Фтор	F	328,1649(3) кДж/моль (3,4011898(24) эВ)
10	Неон	Ne	-116(19) кДж/моль (-1,2(2) эВ) – предположительно
11	Натрий	Na	52,867(3) кДж/моль (0,547926(25) эВ)
12	Магний	Mg	-40(19) кДж/моль (-0,4(2) эВ)
13	Алюминий	Al	41,762(5) кДж/моль (0,43283(5) эВ)
14	Кремний	Si	134,0684(1) кДж/моль (1,3895212(8) эВ)
15	Фосфор	P	72,037(1) кДж/моль (0,746609(11) эВ)
16	Сера	32S	200,4101(1) кДж/моль (2,0771042(6) эВ)
16	Сера	34S	200,4101(2) кДж/моль (2,0771045(12) эВ)
17	Хлор	Cl	348,575(3) кДж/моль (3,612725(28) эВ)
18	Аргон	Ar	-96(20) кДж/моль (-1,0(2) эВ) – предположительно
19	Калий	K	48,383(2) кДж/моль (0,501459(13) эВ)
20	Кальций	Ca	2,37(1) кДж/моль (0,02455(10) эВ)
21	Скандий	Sc	18(2) кДж/моль (0,188(20) эВ)
22	Титан	Ti	7,289(5) кДж/моль (0,07554(5) эВ)
23	Ванадий	V	50,911(20) кДж/моль (0,52766(20) эВ)
24	Хром	Cr	65,21(2) кДж/моль (0,67584(12) эВ)
25	Марганец	Mn	-50(19) кДж/моль (-0,5(2) эВ) – предположительно
26	Железо	Fe	14,785(4) кДж/моль (0,153236(35) эВ)
27	Кобальт	Co	63,898(5) кДж/моль (0,66226(5) эВ)
28	Никель	Ni	111,65(2) кДж/моль (1,15716(12) эВ)
29	Медь	Cu	119,235(4) кДж/моль (1,23578(4) эВ)
30	Цинк	Zn	-58(20) кДж/моль (-0,6(2) эВ) – предположительно

Задача №3

Какая масса древесного угля при сгорании дает столько же энергии, сколько выделяется при сгорании четырех литров бензина?

Дано:$V_б = 4 \space л$$\rho_б = 710 \frac{кг}{м^3}$$q_б = 4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$$q_у = 3.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$

СИ:$V_б = 4 \cdot 10^{-3} \space м^3$

$m_у — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Некоторая масса древесного угля при сгорании даст столько же энергии, сколько выделяется при сгорании данного объема бензина: $Q_у = Q_б$.

Формула для расчета количества теплоты, выделившегося при сгорании древесного угля:$Q_у = q_у m_у$.

Формула для расчета количества теплоты, выделившегося при сгорании бензина:$Q_б = q_б m_б$.

Масса бензина нам неизвестна, но известна его плотность и объем. Плотность по определению: $\rho_б = \frac{m_б}{V_б}$.Тогда масса бензина будет равна: $m_б = \rho_б V_б$.

Подставим в формулу для расчета количеста теплоты, выделившегося при сгорании бензина:$Q_б = q_б \rho_б V_б$.

Теперь приравняем эти две формулы для нахождения количества теплоты (для бензина и для древесного угля):$q_у m_у = q_б \rho_б V_б$.

Выразим отсюда массу древесного угля:$m_у = \frac{q_б \rho_б V_б}{q_у}$.

Рассчитаем ее:$m_у = \frac{4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} \cdot 710 \frac{кг}{м^3} \cdot 4 \cdot 10^{-3} \space м^3}{3.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}} = \frac{13 \space 064 \cdot 10^4 \space Дж}{3.4 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}} \approx 3 \space 842 \cdot 10^{-3} \space кг \approx 3.8 \space кг$.

Ответ: $m_у \approx 3.8 \space кг$.

Определение теплового эффекта химической реакции

В процессе химической реакции связи в исходных веществах разрываются и образуются новые связи, благодаря чему образуются новые вещества — продукты реакции. Разрыв связи протекает с поглощением энергии, а образование — с выделением, то есть химические реакции сопровождаются энергетическими эффектами.

Как правило, энергия выделяется или поглощается в виде теплоты, поэтому мы говорим, что протекание химической реакции сопровождается тепловым эффектом.

Тепловой эффект химической реакции — это количество теплоты, которое поглощается или выделяется в результате протекания химической реакции.

Если исходные вещества были менее устойчивыми (поглощается небольшое количество энергии), а образуются устойчивые (выделяется большое количество энергии), то в результате химической реакции выделяется тепловой эффект.

И наоборот, образование более устойчивых веществ из менее устойчивых сопровождается поглощением теплоты.

Рассмотрим эти процессы на рисунке:

В зависимости от того, выделяется или поглощается теплота, различают два типа химических реакций: экзотермические и эндотермические.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Получить

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·106 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Антрацит	26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты)	18,5
Дрова сухие	8,4…11
Дрова березовые сухие	12,5
Кокс газовый	26,9
Кокс доменный	30,4
Полукокс	27,3
Порох	3,8
Сланец	4,6…9
Сланцы горючие	5,9…15
Твердое ракетное топливо	4,2…10,5
Торф	16,3
Торф волокнистый	21,8
Торф фрезерный	8,1…10,5
Торфяная крошка	10,8
Уголь бурый	13…25
Уголь бурый (брикеты)	20,2
Уголь бурый (пыль)	25
Уголь донецкий	19,7…24
Уголь древесный	31,5…34,4
Уголь каменный	27
Уголь коксующийся	36,3
Уголь кузнецкий	22,8…25,1
Уголь челябинский	12,8
Уголь экибастузский	16,7
Фрезторф	8,1
Шлак	27,5

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Ацетон	31,4
Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67)	44,2
Бензин авиационный Б-70 (ГОСТ 1012-72)	44,1
Бензин АИ-93 (ГОСТ 2084-67)	43,6
Бензол	40,6
Дизельное топливо зимнее (ГОСТ 305-73)	43,6
Дизельное топливо летнее (ГОСТ 305-73)	43,4
Жидкое ракетное топливо (керосин + жидкий кислород)	9,2
Керосин авиационный	42,9
Керосин осветительный (ГОСТ 4753-68)	43,7
Ксилол	43,2
Мазут высокосернистый	39
Мазут малосернистый	40,5
Мазут низкосернистый	41,7
Мазут сернистый	39,6
Метиловый спирт (метанол)	21,1
н-Бутиловый спирт	36,8
Нефть	43,5…46
Нефть метановая	21,5
Толуол	40,9
Уайт-спирит (ГОСТ 313452)	44
Этиленгликоль	13,3
Этиловый спирт (этанол)	30,6

Задача №5

При сжигании смеси, состоящей из бурого угля и каменного угля, выделилось количество теплоты, равное $78.2 \space МДж$. Какая масса бурого угля содержалась в смеси, если известно, что она была в 2 раза больше, чем масса каменного? Удельная теплота сгорания бурого угля составляет $1.5 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$.

Дано:$Q = 78.2 \space МДж$$m_1 = 2m_2$$q_1 = 1.5 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$$q_2 = 2.7 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$

СИ:$Q = 7.82 \cdot 10^7 \space Дж$

$m_1 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

При сгорании бурого угля, содержащегося в смеси, выделилось количество теплоты:$Q_1 = q_1 m_1$.

При сгорании каменного угля, содержащегося в смеси, выделилось количество теплоты:$Q_2 = q_2 m_2$.

Эти величины составляют общее количество теплоты $Q$, которое выделяется при сгорании смеси:$Q = Q_1 +Q_2$.$Q = q_1 m_1 + q_2 m_2$.

Выразим массу каменного угля через массу бурого и подставим в формулу: $m_2 = \frac{m_1}{2}$,$Q = q_1 m_1 + \frac{q_2 m_1}{2}$.

Выразим отсюда искомую массу бурого угля:$Q = m_1 \cdot (q_1 + \frac{q_2}{2})$,$m_1 = \frac{Q}{q_1 + \frac{q_2}{2}}$.

Рассчитаем эту массу:$m_1 = \frac{7.82 \cdot 10^7 \space Дж}{1.5 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} + \frac{2.7 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}}{2}} = \frac{7.82 \cdot 10^7 \space Дж}{2.85 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}} \approx 2.7 \space кг$. 

Ответ: $m_1 \approx 2.7 \space кг$. 

Таблица энергий сродства атома к электрону химических элементов (2 часть):

31	Галлий	Ga	29,061(12) кДж/моль (0,30120(11) эВ)
32	Германий	Ge	118,9352(2) кДж/моль (1,2326764(13) эВ)
33	Мышьяк	As	77,65(2) кДж/моль (0,8048(2) эВ)
34	Селен	Se	194,9587(2) кДж/моль (2,0206047(12) эВ)
35	Бром	Br	324,5369(3) кДж/моль (3,363588(3) эВ)
36	Криптон	Kr	-96(20) кДж/моль (-1,0(2) эВ) – предположительно
37	Рубидий	Rb	46,884(3) кДж/моль (0,485916(21) эВ)
38	Стронций	Sr	5,023(6) кДж/моль (0,05206(6) эВ)
39	Иттрий	Y	29,6(12) кДж/моль (0,307(12) эВ)
40	Цирконий	Zr	41,806(9) кДж/моль (0,43328(9) эВ)
41	Ниобий	Nb	88,516(7) кДж/моль (0,91740(7) эВ)
42	Молибден	Mo	88,516(7) кДж/моль (0,7473(3) эВ)
43	Технеций	Tc	53(20) кДж/моль (0,55(20) эВ) – предположительно
44	Рутений	Ru	100,96(3) кДж/моль (1,04638(25) эВ)
45	Родий	Rh	110,27(2) кДж/моль (1,14289(20) эВ)
46	Палладий	Pd	54,24(2) кДж/моль (0,56214(12) эВ)
47	Серебро	Ag	125,862(3) кДж/моль (1,30447(3) эВ)
48	Кадмий	Cd	-68(20) кДж/моль (-0,7(2) эВ) – предположительно
49	Индий	In	37,043(6) кДж/моль (0,38392(6) эВ)
50	Олово	Sn	107,2984(3) кДж/моль (1,112070(2) эВ)
51	Сурьма	Sb	101,059(2) кДж/моль (1,047401(19) эВ)
52	Теллур	Te	190,161(1) кДж/моль (1,970875(7) эВ)
53	Йод	127I	295,1531(4) кДж/моль (3,0590465(37) эВ)
53	Йод	128I	295,154(4) кДж/моль (3,059052(38) эВ)
54	Ксенон	Xe	-77(20) кДж/моль (-0,8(2) эВ) – предположительно
55	Цезий	Cs	45,505(3) кДж/моль (0,471630(25) эВ)
56	Барий	Ba	13,954(6) кДж/моль (0,14462(6) эВ)
57	Лантан	La	53,795(2) кДж/моль (0,557546(20) эВ)
58	Церий	Ce	55(2) кДж/моль (0,57(2) эВ)
59	Празеодим	Pr	10,539(45) кДж/моль (0,10923(46) эВ)
60	Неодим	Nd	9,406(32) кДж/моль (0,09749(33) эВ)

Что такое тепловой эффект химической реакции

Химические реакции практически всегда сопровождаются какими-либо тепловыми явлениями.

Так, горение, нейтрализация кислоты щелочью, реакция металла (например, магния) с хлором и т.д. происходят с выделением достаточного количества тепла. А вот, чтобы разложить мел (карбонат кальция), необходимо все время его нагревать. Если нагревание (то есть подвод тепла) прекратить, то и реакция тоже прекратится. Это говорит о том, что разложение карбоната кальция идет с поглощением тепла.

В чем же дело? Любое вещество является продуктом взаимодействия частиц (атомов или ионов). В ходе образования вещества энергия взаимодействия как бы прячется в химических связях (ковалентных, ионных). Это так называемая , которая частично высвобождается в ходе химического взаимодействия. Она же – тепловой эффект реакции. Измеряя его, можно судить о том, как изменилась внутренняя энергия вещества.

Тепловой эффект химической реакции обозначают буквой Q и измеряют в кДж (или в ккал в случае, когда речь идет об обеспечении энергией живых организмов).

Если в результате химического взаимодействия теплота выделяется, то это ; если теплота поглощается – .