Energetika Na Himichnite Procesi

Раздел 4:ЕНЕРГЕТИКА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИ

Тема 1: ТЕРМОХИМИЯ

Тема 2: СЪСТАВЯНЕ И АЛГЕБРИЧНИ ПРЕОБРАЗУВАНИЯ С

ТЕРМОХИМИЧНИ УРАВНЕНИЯ

Тема 3 ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ТОПЛИНЕН ЕФЕКТ ВЪЗ

ОСНОВА НА ЗАКОНИТЕ В ТЕРМОХИМИЯТА

Тема 4:ИЗЧИСЛЯВАНЕ КАЛОРИЧНОСТ НА ГОРИВА

КОНТРОЛЕН ТЕСТ

ЕНЕРГЕТИКА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИТЕРМОХИМИЯ

Всеки химичен процес е свързан с енергитични промени, които се дължат на разкъсване на една химични връзки и образуване на нови. Разликата между енергията на разкъсване и енергията на образуване на химичните връзки се проявява като отделяне или поглъщане на топлинна, светлинна или електрическа енергия.

ТЕРМОХИМИЯ това е този дял от химията, който изучава топлинните ефекти при химичните реакции.

Раздел 4: ЕНЕРГЕТИКА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИ

1. ТОПЛИНЕН ЕФЕКТ

Количеството топлина, което се отделя или което се поглъща при химичните реакции, се нарича топлинен ефект на реакцията. Отбелязва се с Q и се измерва в джаули (J) или килоджаули (kJ).

Топлинният ефект бива положителен (+Q), когато при реакцията се отделя топлина и отрицателен (-Q), когато се поглъща.



2. ВИДОВЕ ХИМИЧНИ РЕАКЦИИ СПОРЕД ТОПЛИННИЯ ЕФЕКТ

Химичните реакции,които се извършват с отделяне на топлина т.е. имат (+Q), се наричат екзотермични.

Химичните реакции,които се извършват с поглъщане на топлина т.е. имат ( - Q), се наричат ендотермични.

При екзотермичните реакции получените вещества са енергетично по-бедни и

поради тази причина са по-стабилни от изходните

При ендотермичните реакции получените вещества са

енергетично по-богати и поради тази причина са по-нестабилни от

изходните



3. ТОПЛИНА НА ОБРАЗУВАНЕ

Това е количеството топлина, което се отделя или което се поглъща при образуването на един мол химично съединение от съответните прости

вещества при стандартни условия (t = 25 0C, p = 1 .10 5Pa). Изразява се в kJ/mol.

Топлината на образуване за простите вещества е равна на нула..

Топлина на образуване на някои химични съединения



4. ТОПЛИНА НА ИЗГАРЯНЕ

Това е количеството топлината, което се отделя при изгаряне на един мол вещество в кислородна среда, при което се получават висшите оксиди на

съставящите го елементи.

За практиката е важно да се познават топлините на изгаряне на основните за човека енергийни източници – храни и горива.

По стойността на топлините на изгаряне се съди за тяхната калоричност (от калория – извънсистемна измерителна единица за топлина)

1cal = 4,18 J

Горене



5. ЗАКОНИ В ТЕРМОХИМИЯТА

5.1.Основен закон в термохимията е законът на Х. Хес (1840). Той е частен случай на закона за запазване на енергията. Законът гласи:

Топлинният ефект на една химична реакция зависи само от началното и крайното състояние на системата, но не и от междинните й етапи.

Например:

Получаването на СО2 може да се извърши по два пътя:- чрез пряко изгаряне на С до СО2 в кислородна среда (І);- като се премине през СО (ІІ)

І С (тв.) + О2(г) = СО (г) + Q

ІІ С (тв.) + 1/2О2(г) = СО (г) + Q1

СО (г) + 1/2О2(г) = СО2(г) + Q2

Според закона на Хес топлинният ефект на директното получаване ще бъде равен на сумата от топлинните ефекти на двата междинни етапа:

Q = Q1 + Q2

Следствие от закона на Хес:Топлинният ефект на една химична реакция е равен на сумата от топлините на образуване

на продуктите на реакцията минус сумата от топлините на образуване на изходните вещества , като се има предвид броят на моловете, с които те участват.

Q = ∑Qпродукти + ∑Qизх. в - ва



5.2.ЗАКОН НА ЛАВОАЗИЕ - ЛАПЛАС

Той гласи:

Топлината на образуване е равна по абсолютна стойност и противоположна по знак на топлината на разлагане.

Например:

Топлината на образуване на CCl4 е равна на 106,7 kJ/mol,

a топлината на разлагането му е равна на -106,7 kJ/mol

Лавоазие Лаплас



СЪСТАВЯНЕ И АЛГЕБРИЧНИ ПРЕОБРАЗУВАНИЯ С ТЕРМОХИМИЧНИ УРАВНЕНИЯ

1.СЪСТАВЯНЕ НА ТЕРМОХИМИЧНИ УРАВНЕНИЯАЛГОРИТЪМ:

1.1.Определя се моларната маса на даденото просто вещество;1.2.Съставя се пропорция между дадената маса на простото вещество, моларната му маса, дадения топлинен ефект и търсения топлинен ефект;1.3.Написва се термохимичното равенство.ПРИМЕР:При взаимодействие на 7 грама желязо със сяра се отделят 12,15 kJ топлина. Въз основа на тези данни съставете термохимичното равенство на реакцията.1.1. М (Fe) = 56 g/mol

1.2. 7g : 56g = 12,15 kJ : Qx

Qx =56 . 12,15

7= 97,2 kJ

1.3.Fe (тв.) + S(тв.) = FeS (тв.) + 97,2 kJ

Пирит (FeS)Раздел 4: ЕНЕРГЕТИКА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИ

2.АЛГЕБРИЧНИ ПРЕОБРАЗУВАНИЯ С ТЕРМОХИМИЧНИ УРАВНЕНИЯТъй като химичните уравнения са количествени, то те могат да се използват като обикновени алгебрични уравнения.Когато една химична реакция протича по два пътя, т.е. преминава през няколко стадия, то може да се изчисли топлинният ефект на някой от етапите, ако практическото му измерване е невъзможно.Пример:Получаването на СО2 от С и О2 може да се извърши по два пътя:

І С (тв.) + О2(г) = СО (г) + Q ІІ С (тв.) + 1/2О2(г) = СО (г) + Q1

СО (г) + 1/2О2(г) = СО2(г) + Q2

Q и Q2 се определят практически лесно. Те са: Q = 393,5 kJ и Q2 = 283 kJ. За втората реакция определянето на Q1 е практически невъзможноИзчисленията се правят като се събират второто и третото уравнение и се получава:С (тв.) + 1/2О 2(г) + СО + 1/2О 2(г) = СО (г) +СО 2(г) + Q1 + Q2

От двете страни на това уравнение може да се съкрати СО. Получава се първото уравнение:С (тв.) + О 2(г) = СО 2(г) + Q1 + Q2

Откъдето следва, че: Q = Q1 + Q2

Следователно:Q1 = Q - Q2 = 393,5 - 283 = 110,5 kJ

Раздел 4: ЕНЕРГЕТИКА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИТема 2: СЪСТАВЯНЕ И АЛГЕБРИЧНИ ПРЕОБРАЗУВАНИЯ С ТЕРМОХИМИЧНИ УРАВНЕНИЯ

ЗАДАЧИ;

Задача 1:

При взаимодействието на 10 грама сяра с кислород се отделят 92,8 kJ

топлина, а при взаимодействието й с водород - 6,29 k J. Въз основа на тези данни

съставете термохимичните уравнения на реакциите.

Задача 2:

Топлинният ефект на прякото получаване на SO3 от S и O2 не може да се

определи практически. Определете топлинния ефект на образуването на SO3, като

използвате следните две химични реакции:

S(тв.) + O 2(г) = SO 2(г) + 296,9 kJ

SO 2(г) + 1/2O 2(г) = SO 3(г) + 98,3 kJ

Задача 3:

Определете топлинния ефект на реакцията:

NO 2(г) + SO 2(г) = NO(г) + SO 3(г)

като използвате термохимичните уравнения:

2NO(г) + O 2(г) = 2NO 2(г) + 56,5 kJ

2SO 2(г) + O 2(г) = 2SO 3(г) + 192,4 kJЕдно от основните последсрвия от

замърсяването на атмосферата със съединения на сярата са

киселинните дъждове

Раздел 4: ЕНЕРГЕТИКА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИТема 2: СЪСТАВЯНЕ И АЛГЕБРИЧНИ ПРЕОБРАЗУВАНИЯ С ТЕРМОХИМИЧНИ УРАВНЕНИЯ

ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ТОПЛИНЕН ЕФЕКТ ВЪЗ ОСНОВА НА ЗАКОНИТЕ В ТЕРМОХИМИЯТА

Изчисляването на топлинния ефект се основава на практическото приложение на законите на Хес и Лавоазие – Лаплас.

ПРИМЕР: Като се знае, че топлината на образуване на Fe2O3 е 821,37 kJ/mol , а на Al2O3 е 1688,20 KJ/mol, да се изчисли

топлинния ефект на химичната реакция:Fe2O3(тв.) + 2Al (тв.) = Al2O3(тв.) + 2Fe (тв.)

Решение: 1.Използва се следствието от закона на Хес и се съставя уравнение:

Q = Q(Al2O3) - Q(Fe2O3) 2.Заменят се данните от условието на задачата в съставеното уравнение:

Q = 1688,20 - 821,37 3.Изчислява се стойността на топлинния ефект:

Q = 866,83 kJ


ЗАДАЧИ:

Задача 1: Да се определи топлинния ефект на процеса:

СО (г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2(г) , ако се знае,че топлината на образуване на СО2 е 393,5 kJ/mol, на СО е 110,5 kJ/mol, а на водата - 242,5 kJ/mol

Задача 2: Да се определи топлинния ефект на реакцията:

NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(тв.) , ако се знае,че топлината на образуване на HCl е 91,8 kJ/mol, на NH3 е 46,2kJ/mol, а на NH4Cl - 315 kJ/mol

Раздел 4: ЕНЕРГЕТИКА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИТема 3 ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ТОПЛИНЕН ЕФЕКТ ВЪЗ ОСНОВА НА ЗАКОНИТЕ В ТЕРМОХИМИЯТА

Задача 3: Изчислете топлинния ефект на процеса:

СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г) ,ако топлината на образуване на СН4 е 74,9 kJ/mol , на СО е 393,5 kJ/mol, а на Н2О е 242,5 kJ/mol

Задача 4: Топлинният ефект на реакцията :

2H2S(г) + 3O2(г) = 2H2O(г) + 2SO2(г)

е 511 kJ. Топлината на образуване на SO2 е 288,8 kJ/mol, а на Н2О е 242,5 kJ/mol. Определете топлината на образуване на H2S.

Задача 5: Определете топлината на образуване на FeS2 по реакцията:4FeS2(тв.) + 11O2(г) = 2Fe2O3 (тв.) + 8 SO2(г) + 3311,4 kJ

aко топлината на образуване на Fe2O3 е 822,2 kJ/mol, а на SO2 е 296,9kJ/mol.

СН4 вече заменя бензина

Раздел 4: ЕНЕРГЕТИКА НА ХИМИЧНИТЕ ПРОЦЕСИТема 3 ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ТОПЛИНЕН ЕФЕКТ ВЪЗ ОСНОВА НА ЗАКОНИТЕ В ТЕРМОХИМИЯТА

ТЕХНИЧЕСКИ ТОПЛИННИ ИЗЧИСЛЕНИЯИЗЧИСЛЯВАНЕ КАЛОРИЧНОСТ НА ГОРИВА

За практиката е важно да се познават топлините на изгаряне на основните за човека енергетични източници – храни и горива. По стойността на топлините на изгаряне се съди за тяхната калоричност. За горивата топлината на изгаряне се измерва спрямо 1 kg (g) твърдо (течно) гориво или 1 m3 газообразно гориво, а за храните - спрямо 1g, т.е.единицата за измерване на калоричността е kJ/g или kJ/m3.

Автоматична система за определяне топлината на изгаряне на течни горива


АЛГОРИТЪМ:

1.От химичното уравнение се изчислява топлината на изгаряне за 1 mol. 2.За да определим калоричността на горивото, трябва моловете да се превърнат в грамове по уравнението:

m = n . M , където: m е масата в g;

n е количеството вещество в mol M е моларната маса в g/mol Когато n = 1 mol m = M3. Съставяме пропорцията:

M : Q = 1g : Qx

където Q е топлината на изгаряне на гориво с маса М ,

а Qx е калоричността на гориво с маса 1g.

4. Изчисляваме Qx:

Qx =Q . 1

MГорене на течен алкан



ПРИМЕР:

Да се изчисли калоричността на течното алкохолно гориво (С2Н5ОН), ако се знае, че топлината на образуване на С2Н5ОН е 277,6 kJ/mol , на СО е 393.5 kJ/mol, а на Н2О – 258,8 kJ/mol.

С2Н5ОН(т) + 3О2(г) = 2СО(г) + 3Н2О(т)

РЕШЕНИЕ:

Като използваме следствието от закона на Хес, изчисляваме

Q = 1366,8 kJ/mol

M (С2Н5ОН) = 46 g/mol

Съставяме пропорцията:

M : Q = 1g : Qx

46 : 1366,8 = 1 : Qx

Изчисляваме Qx:

Qx =Q . 1

M=

1366,8

46= 29,7 kJ/g

Алкохолни горива.

При изгарянето им се отделят много по-малко вредни вещества в сравнение с дизела и бензина



ЗАДАЧИ:

Задача 1:

Да се изчисли и да се сравни калоричността на

СН4 и на С3Н8. Топлината на образуване на СН4 (г)

е 93 kJ/mol, на С3Н8 (г) е 128,93 kJ/mol, на СО2(г) е

405,46 kJ/mol, а на Н2О(т) - 284kJ/mol.

Задача 2:

В таблицата са дадени експериментално

определените топлини на изгаряне на някои

горива. Определете кое от тях е най –

калоричното.

Гориво Топлина на изгаряне в kJ/mol

Н2 241,60

СН4 890,36

С2Н2 1299,55

С2Н5ОН 1366,74

По своята калоричност 1 тон биобрикети могат да заменят

500 килограма нафта.



Documents

Energetika Na Himichnite Procesi