Основной компонент | Химическая формула | Плотность жидкости, (кг/л) | Теплота сгорания (кДж/кг) | |
Бензин | Октан | C8H18 | 0,70 | 44 000 |
СНГ | Пропан | C3H8 | 0,50 | 46 000 |
Бутан | C4H10 | 0,57 | 46 000 | |
СПГ | Метан | CH4 | 0,42 | 54 000 |
II-1) В одних странах эффективность двигателя определяется количеством топлива, потребляемого на 100 км пробега автомобиля, а в других – расстоянием, пройденным автомобилем при сжигании 1 л топлива. Некоторый автомобиль потребляет 13 л (бензина?) на 100 км. Вычислите расстояние, которое может проехать этот автомобиль, используя в качестве топлива 1 л жидкого СНГ. При расчетах примите, что СНГ состоит из чистого пропана и эффективности двигателя для бензина и СНГ одинаковы.(5,7 км?) (2,5 балла).
II-2) СПГ обычно хранится в жидком состоянии при очень низкой температуре. Какой объем газа образуется при испарении 1 мл жидкого СПГ при температуре 25 0С и давлении 1 атм? Считайте, что СПГ чистый метан. (643 мл?) (1,0 балл).
II-3) СНГ обычно представляет собой смесь пропана и бутана в различных пропорциях. В цилиндре двигателя содержится смесь пропана и бутана в массовом соотношении 3:2. Какой будет плотность газовой смеси при давлении 1 атм и температуре 25 0С, когда СНГ в цилиндре полностью испарится? (1,99 г/л) (1,5 балла).
II-4) При полном сгорании углеводородного топлива образуются углекислый газ (СО2) и водяной пар. Напишите химическое уравнение полного сгорания октана. (1,0 балл).
II-5) CO2, выделяющийся при сгорании топлива, является одним из главных газов, приводящих к парниковому эффекту. Пусть при сгорании октана или метана выделяется по 1 кДж энергии. Какая масса CO2 образуется при сгорании каждого вида топлива? Считайте, что оба топлива сгорают полностью. (0,05 и 0,07 г) (2,5 балла).
II-6) Поскольку запасы природного топлива исчерпаемы и их использование вызывает экологические проблемы, предпринимается много усилий для использования солнечной энергии как экологически чистого вида топлива. Солнечная батарея – это устройство, преобразующее энергию солнечного излучения в электрическую энергию. Необходимо получить за 1,0 час от солнечной батареи количество энергии, равное энергии сгорания 1,0 л бензина. Рассчитайте минимальную площадь поверхности такой солнечной батареи, если мощность солнечного излучения, падающего на 1,0 м2 поверхности Земли равна 1 000 Вт, а КПД солнечной батареи равен 20%. (42,8 м2) (1,5 балла).
Справочные данные:
Атомные массы: H = 1, C = 12, N = 14, O = 16 а. е.м.
Газовая постоянная R = 0.082 л∙атм∙моль-1 K-1 = 8.3 Дж∙моль-1∙К-1
Молярный объем газа при температуре 25 0С (комнатная температура) и давлении 1 атм равен 24,5 л/моль (24,5 дм3/моль).
10-ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Обратимыми называются реакции, которые одновременно протекают в двух направлениях – прямом и обратном. Обратимыми могут быть:
‒ реакции в газовой фазе;
‒ реакции в жидкой фазе;
‒ термическая диссоциация;
‒ ассоциация;
‒ ионные равновесия в растворе (будут рассмотрены в разделе «Растворы»)
Рассмотрим конкретную обратимую реакцию. При сильном нагревании (>900 оС) карбонат кальция разлагается:
CaCO3(тв.) → СаО(тв.) + СО2(г)
При этом образуются основание – оксид кальция, и кислотный оксид – СО2. Они снова соединяются образуя карбонат кальция:
СаО(тв.) + СО2(г) → CaCO3(тв.)
Если нагревать карбонат кальция в замкнутом сосуде при постоянной температуре, то сначала скорость прямой реакции превышает скорость рекомбинации. Через некоторое время скорости прямой и обратной реакции становятся равными, и система достигает состояния динамического равновесия:
CaCO3(тв.) ↔ СаО(тв.) + СО2(г)
Истинным химическим равновесием называют такое состояние реакционной системы, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. При отсутствии внешних воздействий установившиеся равновесные концентрации не изменяются сколь угодно долго.
Если сосуд открыт, то диоксид углерода будет улетучиваться из него. Равновесие нарушится, и для его восстановления необходимо, чтобы разложилось дополнительное количество карбоната кальция. При обжиге известняка, когда целью является получение максимального количества негашеной извести (СаО), диоксид углерода удаляют мощным потоком воздуха.
Давление, температура и другие внешние факторы воздействуют на состояние системы. Ле Шателье исследовал, как системы, находящиеся в равновесии, приспосабливаются к новым условиям, если изменяются внешние параметры.
Принцип Ле-Шателье. Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, производится внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону той из противоположных реакций, которая ослабляет это воздействие.
‒ Увеличение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции.
‒ Увеличение давления – в сторону реакции, идущей с уменьшением объема,
‒ Увеличение концентрации реагентов – в сторону продуктов, а увеличение концентрации продуктов – в сторону реагентов.
Наличие катализатора не смещает положение равновесия, так как катализатор ускоряет и прямую и обратную реакции в одинаковой степени. Присутствие катализатора приводит к уменьшению времени достижения равновесия.
Если внешнее воздействие снимается, система возвращается в исходное состояние.
Отношение произведений равновесных концентраций продуктов реакции, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам, к произведению концентраций реагентов, также взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам, является постоянной величиной, которая называется константой равновесия. Значение константы равновесия не зависит от того, подходит система к равновесию со стороны реагентов или со стороны продуктов
Пример 10.1. В результате взаимодействия 1,00 моль Н2 с 1,00 моль I2 (V = 1 л; t = 450 oC; P = 100 бар) по реакции 
образовался йодоводород. Равновесная смесь содержит 1,56 моль HI. Вычислите константу равновесия при 450 oC.
Решение. Для наглядности составим таблицу (серой заливкой выделены умозаключения из данных задачи)
Н2 | + | I2 | ↔ | HI | |
Начальная конц., моль/л | 1 | 1 | 0 | ||
В реакции, моль/л | 0,78 | 0,78 | 1,56 | ||
Равновесная конц., моль/л | 1- 0,88 = 0,22 | 0,22 | 1,56 | ||
|
Пример 10.2. Смешали 4 моль вещества А с 2 моль вещества В и 1 моль вещества С в сосуде объемом 1 л. После установления равновесия А + В «2С в системе обнаружили 3 моль вещества С. Рассчитайте константу равновесия Кс. Определите равновесный состав смеси ( в мольных %), полученной при смешении по 3 моль веществ А, В и С при той же температуре.
Решение.
A | + | B | ↔ | 2C | |
Начальная конц., моль/л | 4 | 2 | 1 | ||
В реакции, моль/л | 1 | 1 | 2 | ||
Равновесная конц., моль/л | 4 – 1 = 3 | 2 – 1 = 1 | 3 | ||
доля | 3/7 = 42,9% | 14,3% | 42,9% | ||
|
Для реакций в газовой фазе константа равновесия выражается в парциальных давлениях компонентов.
Промышленный способ получения аммиака основан на прямом синтезе из азота и водорода
Реакция идет с выделением тепла и уменьшением объема. Следовательно, исходя из принципа Ле-Шателье, реакцию следует проводить при возможно низких температурах и высоких давлениях – тогда равновесие сместится вправо. Однако, скорость реакции при низких температурах ничтожно мала, а при высоких – увеличивается скорость обратной реакции. Применение высокого давления требует специального дорогого оборудования. Учитывая все факторы, процесс синтеза аммиака проводят при температуре 500 оС, давлении 350 атм в присутствии железного катализатора.
Пример 10.3. При 500 оС и давлении 100 атм степень превращения в аммиак в равновесной системе составляет 10 %. Рассчитайте степень превращения в аммиак при увеличении давления до 400 атм при той же температуре.
Решение. Возьмем стехиометрическую смесь, в которой на 1 моль азота приходится 3 моля водорода. Пусть в реакцию вступило x моль.
N2
НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?
Реклама
Реклама на сайте, общая информация Контент-маркетинг Поддержите проект! Copyright © 2009-2026 Pandia. Все права защищены. Мнение редакции может не совпадать с мнениями авторов. Автоответчик: +7 495 7950139 228504 Написать письмо: [email protected] 
❮
❯
|