= 2,5R 1,5R =1,667 T 2 =T 1. W =c vm W = ,5R =400,23K. V 1 =p 2. p 1 V 2. =p 2 R T. p 2 p 1 1 T 1 =p 2 1 T 2. =p 1 T 1,667 = ,23

Transkript

1 15-17 Jeden mol argonu, o kterém budeme předpokládat, že se chová jako ideální plyn, byl adiabaticky vratně stlačen z tlaku 100 kpa na tlak p 2. Počáteční teplota byla = 300 K. Kompresní práce činila W = 1250 Jmol 1. Vypočtěte teplotu a tlak p 2. Pro tepelnou kapacitu argonu použijte hodnotu c V = 1,5R. = c vm = c vm R c vm = 2,5R 1,5R =1,667 W =U= c dt vm W =c vm = W = c vm 1,5R =400,23K p 1 V 1 =p 2 V 2 p 1 R T 1 =p 2 R T 2 p 1 p 2 p 1 1 =p 2 1 p 2 =p 1 T 1 1 1, p 2 = ,23 1 1,667 =205,3 kpa Při hydrogenaci jednoho molu 1,3-butadienu(g) (C 4 ) na butan(g) (C 4 ) při teplotě 25C za standardních podmínek přejde do okolí 236,3 kjmol -1. Standardní spalná entalpie butanu v plynném stavu je 2877,1 kjmol -1 (na H2O( l )), -1 standardní slučovací entalpie H2O( l) je 285,84 kj mol a standardní slučovací entalpie CO 2 (g) je -393,51 kjmol -1. Z uvedených dat vypočtěte standardní slučovací entalpii plynného 1,3-butadienu. Hydrogenace: C 4 + 2H 2 = C 4 H 1 =Q= 236,3 kjmol 1 H 1, m = sl C 4 sl C 4 2 sl H 2 sl C 4 = sl H m C 4 H 1,m C 4 + (13/2)O 2 = 4CO 2 + 5H 2 O H 2 = spal C 4 = 2877,1kJmol 1

2 H 2, m =4 sl CO 2 5 sl H 2 O sl C 4 13/2 sl O 2 sl C 4 =4 sl CO 2 5 sl H m H 2 O H 2,m = =4 393, , ,1= 126,14 kjmol 1 sl C 4 = sl H m C 4 H 1,m = 126,14 236,3=110,16 kjmol Při dehydrogenaci ethanolu probíhají dvě reakce: 2 C 2 H 5 OH(g) = CH 3 COOC 2 H 5 (g) + 2H 2 (g) C 2 H 5 OH(g) = CH 3 CHO(g) + H 2 (g). Předpokládejte, že reakce probíhají při 25C*. Vypočítejte teplo, vyměněné s okolím, připadající na 1 kg zpracovávaného ethanolu, jestliže 60 % suroviny zreaguje prvou reakcí. Slučovací entalpie složek v plynném stavu při 25C jsou (v kjmol -1 ): ethanol 250; acetaldehyd -175; ethylacetát Methanol 46 gmol -1. n= m = 1000 =21,74 mol M r 46,1 = sl CH 3 COOC 2 H 2 sl C 2 H 5 OH= =56 kjmol 1,2 = sl CH 3 CHO sl C 2 H 5 OH= =75 kjmol 1 56 kjmol -1 v první reakci je potřeba na zreagování 2 molů ethanolu, proto se v následujícím vztahu pro Q 1 (teplo potřebné pro první reakci) musí molární reakční změna enthalpie vydělit dvěma. n 1 =0,6n=0,6 21,74=13,044 mol H Q 1 =n 1 m,1 56 r =13,044 =365,232 kjmol n 2 =0,4n=0,4 21,74=8,696 mol Q 2 =n 2,2 =8,696 75=652,2 kjmol 1 Q=Q 1 Q 2 =365,232652,2=1017,432 kjmol Vypočtěte standardní reakční entalpii reakce N 2 (g) + 3 H 2 (g) = 2 NH 3 (g) při teplotě 1000 K. Standardní slučovací entalpie NH 3 při teplotě 300 K je -46,0 kjmol -1. Předpokládejte, že hodnoty tepelných kapacit (v JK -1 mol -1 ) jsou v uvažovaném teplotním intervalu nezávislé na teplotě a mají hodnoty C pm (H 2 ) = 29; C pm (N 2 ) = 30; C pm (NH 3 ) = 45. =2 sl NH 3 =2 46= 92 kjmol 1 =2 NH 3 N 2 3 H 2 = = 27 JK 1 mol 1

3 ,1 =,1 c dt = H pm r m,1 T st T st,1 = = 110,9 kjmol Do reaktoru přichází směs plynů o složení 10 mol.% SO 2, 11 mol.% O 2 a 79 mol.% N 2 předehřátá na teplotu 700 K. V reaktoru probíhá za tlaku 101,32 kpa reakce SO 2 (g)+ ½O 2 (g) = SO 3 (g) Vypočtěte teplo, které musíme z reaktoru odebrat, aby se teplota v reaktoru při zreagování 150 mol uvedené směsi nezvýšila nad 700 K. Data, potřebná k výpočtu, jsou uvedena v následující tabulce: Látka,i kj/mol J/K/mol SO 2-296,8 40,8 + 0,011 T SO 3-395,9 58,5 + 0,021 T O 2 N 2 nso 2 =xso 2 n=0,1 150=15 mol no 2 =x O 2 n=0,11 150=16,5 mol 29,2 + 0,004 T 27,9 + 0,004 T Pro zreagování 15 molů SO 2 je potřeba 7,5 molů kyslíku. V nástřiku je tedy dostatek kyslíku pro zreagování všeho SO 2. = sl SO 3 sl SO 2 = 395,9 296,8= 99,1 kjmol 1 = SO 3 SO 2 0,5 O 2 = =58,5 40,8 29,2 0,004 0,021 0, T =3,10,008 T 700K= 700 c d T= pm 3,10,008T dt = = , , = 96,26 kjmol 1 Q=n SO2 700K =15 96,26= 1,444 MJ Reakční teplo reakce CH 4 + ½O 2 = CO + 2H 2, která probíhá při 25C je = 35,93 kjmol 1 a hodnota

4 =33,06 JK 1 mol 1. Na základě těchto údajů určete teplotu, při které by tato reakce měla mít nulovou standardní reakční entalpii za předpokladu, že nezávisí na teplotě. 0= = c dt = H T c T T pm r m 1 r pm x 1 = H T r m 1 = ,06 298,15=1385 K Vzorek kapalného acetonu vážící 0,586 g byl spálen v kalorimetrické bombě. Tepelná kapacita kalorimetrické bomby včetně vzorku činila 5640 J/K. Při pokusu bylo zaznamenáno zvýšení teploty z 22,87 na 24,56C. Určete spalná tepla acetonu za konstantního objemu a tlaku. M(aceton) = 58,08 g. CH 3 COCH 3 + 4O 2 = 3CO H 2 O 0=Q c V dt 297,71 Q= 5640d T = ,69= 9531,6 296,02 J spal U m = Q n = 9531,6 = 944,702 kjmol 1 0,586 58,08 spal = spal U m pv = spal U m n g R T = = R 1,69= 944,716 kjmol 1 0,5 m 3 methanu (měřeno při 290 K a 120 kpa) reaguje s vodní parou při teplotě 298 K a konstantním tlaku podle reakce: CH 4 (g) + 2 H 2 O(g) = CO 2 (g) + 4H 2 (g) Vypočtěte teplo uvoněné (dodané) při této reakci. Vstupní data: sl H CH 4 = 74,8 kjmol 1 sl H CO= 110,5 kjmol 1 spal H H 2 = 282,4kJmol 1 spal H CO= 283,0 kjmol 1 Výparná enthalpie vody je 40,6 kjmol -1. reakce na kapalnou vodu Reakční změna entalpie označení C + 2H 2 = CH 4 sl H CH 4 R1 CO + ½ O 2 = CO 2 spal H CO R2

5 ½ O 2 + C = CO sl H CO R3 H 2 + ½ O 2 = H 2 O (l) spal H H 2 R4 H 2 O (l) = H 2 O (g) výp H H 2 O R5 Lineární kombinace reakcí: Methan je jen v R1, a to jako produkt, tedy R1 obrátíme : -R1 CH 4 = C + 2H 2 Přičtením R3 se zbavíme uhlíku: -R1+R3 CH 4 + ½ O 2 = 2H 2 + CO CO je jen v R2. Jejím přičtením se ho zbavíme: -R1+R3+R2 CH 4 + O 2 = 2H 2 + CO 2 Kyslíku se zbavíme Odečtením 2R4: -R1+R3+R2-2R4 CH 4 +2 H 2 O (l)= 4H 2 + CO 2 Zbývá odpařit vodu odečtením 2R5: -R1+R3+R2-2R4-2R5 CH 4 +2 H 2 O (g)= 4H 2 + CO 2 Tím jsme získali lineární kombinaci R1 až R5, jejímž výsledkem je požadovaná reakce a aplikujeme Hessův zákon: =,1,3,2 2,4,5 = = sl H CH 4 spal H CO sl H CO 2 spal H H 2 2 výp H H 2 O= = ,5 74, ,4 240,6=164,9 kjmol 1 nch 4 = pv R T = =24,884 mol 290R Q=n =24, ,9=4103 kj Vypočtěte teplotu plamene, dosaženou při spalování ethanu dvojnásobným množstvím vzduchu (80 mol. % N2 a 20 mol.% O2). Počáteční teplota plynu je 298 K a spalování probíhá adiabaticky za vzniku oxid uhličitý a plynné vody. K disposici jsou pouze data uvedená v tabulce: C 2 (g) CO 2 (g) H 2 O (g) N 2 (g) O 2 (g) sl kjmol 1-84,52-393,7-241, JK 1 mol ,8 34,8 33,7 Reakce: C 2 + 7/2 O 2 = 2 CO H 2 O Bilanční tabulka: =2 sl CO 2 3 sl H 2 O sl C 2 = =2 393,73 241,94 84,52= 1428,7 kjmol 1

6 n (počátek) C O 2 7 (100% přebytek) 3,5 N CO H 2 O 0 3 n (konec) c p konec =3,5 O 2 28 N 2 2 CO 2 3 H 2 O= =3,5 33,728 34, ,8=1331m75 JK 1 0= H = H ohřev produktů 0= c p konecd T 0= 1428,71331, =1370,08