3.2.Теплосодержание веществ.

2Н₂+О₂=2Н₂О+Q

Мера тепловой энергии, накапливаемой веществом при его образовании, называется теплосодержанием, или энтальпией.

Теплота образования вещества - Н со знаком (+), если теплота поглощается химическим соединением, и со знаком (-), если теплота выделяется при реакции, то есть «уходит» из системы.

Стандартная теплота образования 1 моля вещества при давлении 101,3 кПа и температуре 298 К - .

= - 393,5 кДж/моль у СО₂

= - 241,8 кДж/моль у Н₂О^газ

С₂Н₂ = +226,8 кДж/моль у ацетилена

=+217,9 кДж/моль для Н₂= Н⁺+ Н⁺.

Для чистых веществ, состоящих из одного химического элемента в устойчивой форме (Н₂, О₂, С, Na и др.) Н условно принята равной нулю.

Теплота сгорания – это количество теплоты выделяющееся при полном сгорании топлива, измеряется в СИ, Дж, кал =Q. В ед. массы: Дж/кг; кал/кг.

Для органическихих топлив различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая – это низкая теплота сгорания + теплота конденсации.

Удельная теплота сгорания – важнейший показатель практической ценности топлива. Теплота сгорания определяется калориметрическим методом.

Низшая: -Q₀; Высшая: +Q_н;

Q_н - Q₀ = k(W + 9H), где

W – содержание воды в топливе по массе;

Н – количество Н в топливе по массе;

k – коэффициент = 25кДж/кг.

Для ~ расчетов теплота сгорания м/б определена по эмпирическим формулам на основании знания состава топ..

Формула Менделеева:

Q^р=81С^р+300Н^р-26(О^р-S^р)-6(9H^р +W^р), где Р- рабочая масса.

С^р, Н^р ,О^р, S^р, W^р – содержание в рабочей массе топлива соответственно С, Н, О, S, W влаги в % по массе.

Q^р=0,108Н^р+0,126СО^р+0,156СН₄+0,5С₂Н₂+0,324H₂S+и т.д.[мДж/м³]

Теплотворная способность зависит от состава. Чем выше горючих веществ, тем больше теплотворная способность.

Существует 2 способа:

1)эмпирический; 2)с помощью формул.

Условное топливо имеет теплотворную способность 29308кДж/кг=7000ккал/кг.

Для экзотермической реакции U₂-U₁=Q+L_I, где U₂-U_1- изменение внутренней энергии, Q –выделившееся тепло, L_I- совершенная работа.

Для эндотермической реакции U₂-U₁= - Q+L_I.

При V=const Q_v=U₁- U₂+pV, V=0 => Q_v= U.

При p=const Qp=U₁- U₂ – pV, Qp=I₁-I₂=H.

U+pV=H – энтальпия. Следовательно теплота изобарной химической реакции равна изменению энтальпии системы. Q_p=Q_v-pV; pV=МRT; pΔV=ΔMRT; Q_p=Q_v-ΔМRT. Для реакций, протек. с увеличением числа молей, теплота Q_v>Q_p. Для реакций, протекающих с уменьшением числа молей, Q_v<Q_p. В реакциях, протекающих без изменения числа молей, Q_v=Q_p.

Q_v=U₁- U₂; Q_p=H₁- H₂=ΔH

3.3. Тепловой эффект реакции.

Закон Гесса: Тепловой эффект химической реакции зависит только от природы начальных и конечных продуктов и не зависит от числа промежуточных реакций перехода от одного состояния к другому.

Следствие 1 этого закона: Тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования конечных продуктов и суммой теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов при формулах этих веществ в уравнении реакции.

.

Например, в реакции 2Н₂+О₂=2Н₂ОН.

; ; .

Тогда:

.

В итоге общее уравнение реакции будет выглядеть так:

2Н₂+О₂=2Н₂О – 582 кДж/моль.

И если Н со знаком (-), то реакция экзотермическая.

Следствие 2. По закону Лавуазье-Лапласа тепловой эффект разложения химического соединения равен и противоположен по знаку тепловому эффекту его образования.

Тогда реакция разложения воды будет:

2Н₂О=2Н₂+О₂+582 кДж/моль, т.е. эта реакция эндотермическая.

Пример более сложной реакции:

СН₄+2О₂=СО₂+2Н₂О.

.

Тогда реакция запишется так:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О – 742,3 кДж/моль, значит реакция экзотермическая.

Материальный баланс горения – это расчеты количеств вещества принимающих участие в процессе горения на основании закона сохранения масс.

М_г+М_ок=М_пс

Горючее составляющее топливо вступает в определенных количественных отношениях называемых стехиометрическими.

V₀₂⁰=1,866С^р/100+0,7S^р/100+5,55H^р/100-Q^р/100ρO₂ [м³/кг]

С^р,Н^р,О^р,S^р,– массовое содержание С,Н,О,S, в топливе [%];ρO₂ [кг/ м³]

В воздухе содержится 21% O₂

V⁰=V₀₂⁰/0,21=0,0889(С^р+0,375S^р)*0,265H^р-0,0333О^р

L⁰=0,115(С^р+0,375S^р)+0,342H^р-0,0431О^р [кг/кг]

V⁰- теоретически необходимый объем воздуха для полного сгорания воздуха;

L⁰- теоретически необходимый объем воздуха до полного сгорания одного кг топлива.

Коэффициент избытка воздуха – это отношение кол-ва воздуха действительно поступившего в топку, к теоретически необходимому: α = V_g/V⁰