Вычислите количество теплоты, которая выделяется при сжигании 1кубического метра природного газа , содержащего...

Для вычисления количества теплоты, выделяющегося при сжигании 1 кубического метра природного газа, содержащего 95% метана, нужно выполнить несколько шагов.

1. Определение объема метана в 1 м³ природного газа: В 1 м³ природного газа содержится 95% метана. Поэтому объем метана можно вычислить следующим образом:

   [ V_{\text{метан}} = 1 \, \text{м}^3 \times 0.95 = 0.95 \, \text{м}^3 ]

2. Определение количества моль метана: При стандартных условиях (0°C и 1 атм) 1 м³ газа содержит примерно 22.4 моль газа. Для метана (CH₄) это также будет справедливо. Следовательно, количество моль метана в 0.95 м³ равно:

   [ n_{\text{метан}} = \frac{0.95 \, \text{м}^3}{22.4 \, \text{м}^3/\text{моль}} \approx 0.0424 \, \text{моль} ]

3. Расчет выделяемой теплоты: Тепловой эффект реакции горения метана равен 880 кДж/моль. Таким образом, количество теплоты, выделяющееся при сжигании 0.0424 моль метана, можно вычислить следующим образом:

   [ Q = n{\text{метан}} \times \Delta H{\text{горения}} = 0.0424 \, \text{моль} \times 880 \, \text{кДж/моль} ]

   [ Q \approx 37.312 \, \text{кДж} ]

4. Итог: Таким образом, количество теплоты, которое выделяется при сжигании 1 кубического метра природного газа, содержащего 95% метана, составляет примерно 37.3 кДж.

Важно отметить, что углекислый газ и азот не участвуют в реакции горения, поэтому их содержание не влияет на расчет выделившейся теплоты.

Для решения задачи нужно рассмотреть состав природного газа, определить количество метана, участвующего в реакции горения, и рассчитать количество теплоты, выделяемое при полном сгорании 1 м³ газа.

1. Анализ состава природного газа

Природный газ содержит:

• 95% метана ((CH_4));
• 3% углекислого газа ((CO_2));
• 2% азота ((N_2)).

Объем природного газа равен 1 м³, что соответствует 1000 литрам.

Объемная доля метана, участвующего в реакции: [ V_{CH_4} = 0.95 \cdot 1 \, \text{м}^3 = 0.95 \, \text{м}^3 \, (\text{или } 950 \, \text{л}). ]

Углекислый газ ((CO_2)) и азот ((N_2)) являются инертными и не участвуют в реакции горения. Их наличие влияет только на чистоту газа и не учитывается при расчете выделяемого тепла.

2. Уравнение реакции горения метана

Реакция полного сгорания метана: [ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O. ]

Для каждого моля ((CH_4)) выделяется (880 \, \text{кДж}) тепла (тепловой эффект реакции).

3. Определение количества вещества метана

Используем уравнение состояния идеального газа для перевода объема метана в количество вещества ((n)): [ n = \frac{V}{V_m}, ] где:

• (V) — объем метана ((0.95 \, \text{м}^3 = 950 \, \text{л}));
• (V_m) — молярный объем газа при нормальных условиях ((22.4 \, \text{л/моль})).

Подставляем значения: [ n_{CH_4} = \frac{950}{22.4} \approx 42.41 \, \text{моль}. ]

4. Вычисление количества теплоты

Общее количество теплоты ((Q)) рассчитывается по формуле: [ Q = n \cdot \Delta H, ] где:

• (n) — количество вещества метана ((42.41 \, \text{моль}));
• (\Delta H) — тепловой эффект реакции ((880 \, \text{кДж/моль})).

Подставляем значения: [ Q = 42.41 \cdot 880 \approx 37320.8 \, \text{кДж}. ]

5. Ответ

При сжигании 1 м³ природного газа, содержащего 95% метана, выделяется примерно 37321 кДж тепла.