Низшая теплота сгорания древесины в заданные моменты времени
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
эффектом ?Н;
)через последовательные реакции с ?Н2, ?Н3, ?Н4;
)через последовательные реакции с тепловым эффектом ?Н5, ?Н6, ?Н7, ?Н8.
Рис. 1.1 Схема, иллюстрирующая закон Гесса
Закон Гесса гласит: ?Н1 = ?Н2 + ?Н3 + ?Н4 = ?Н5 + ?Н6 + ?Н7 + ?Н8. (1.5)
Для большей наглядности проведём конкретный расчёт, где в качестве исходных веществ взяты кислород и уголь, а конечным продуктом СО2.
Рис. 1.2 Схема, иллюстрирующая закон Гесса в приложении к реакции окисления угля до СО2
Переход от исходных веществ к конечному продукту можно осуществить:
)снижая С непосредственно до СО2;
)снижая С до СО, а затем СО до СО2.
Так при работе газогенераторного двигателя твёрдое горючее сжигается в генераторе до СО, а уже в двигателе газообразная СО до СО2.
Очевидно, что: ?Н1 = ?Н2 + ?Н3. (1.6)
Если, например, известно, что ?Н1 = 392, 9 кДж/моль, а ?Н1 = 283,4 кДж/моль, тогда ?Н2 = ?n1 - ?n3 = 392,9 - 283,4 = 109,5 кДж/моль или на 1 кг угля.
.1 Расчёты тепловых эффектов химических реакций
При расчётах тепловых эффектов химических реакций на основе закона Гесса рассматриваются два вида тепловых эффектов:
)теплота (энтальпия) образования;
)теплота (энтальпия) сгорания.
Теплота образования - тепловой эффект реакции образования данного соединения из простых веществ.
В справочной литературе приводятся теплоты образования весьма многих веществ. А поскольку тепловые эффекты зависят от условий их проведения, в частности, температуры, давления и др., то их относят, как правило, к стандартным условиям: Р = 101325 Па, Т = 298 К.
Из закона Гесса следует, что тепловой эффект химической реакции равен разности между теплотами образования всех веществ, указанных в правой части уравнения и теплот образования всех веществ, указанных в левой части уравнения, взятых с их стехиометрическими коэффициентами, т.е.
?Нх = ?( ni - ?Нi обр)к - ?( nj - ?Нj обр)н.
Действительно:
СН4 + 2NO2 = CO2 + 2H2O + N2 + ?Нх
Теплотой сгорания (Qx = ?Нх) назывaется тепловой эффект реакции окисления данного соединения до высших окислов соответствующих элементов (СО2, SO2, Al2O3, H2Oп, Н2Ож).
Различают высшую (Н2Ож) и низшую (Н2Оп) теплоты сгорания.
Разность между низшей и высшей теплотой сгорания является тепловым эффектом парообразования воды:
.2 Экспериментальное определение тепловых эффектов
Для определения тепловых эффектов, сопровождающих химические реакции или физические процессы (плавление, горение, десорбция и др.) прилагаются следующие приборы-калориметры.
Калориметрическое определение ведётся так, что вся энергия выделялась в виде теплоты (изохорический процесс) или частично затрачивалась на совершение внешней работы расширения газа, которая может быть учтена (изобарический процесс).
Конструкции параметров весьма разнообразны и зависят от особенностей изучаемого процесса - длительность, величина теплового эффекта, температура, необходимая точность измерения.
Многие современные калориметры сложны по своей конструкции. Однако принцип их действия одинаков практически для всех калориметров.
Рис. 1.3 Схема калориметра
Он представляет собой сосуд Дьюара с посеребренными внутри двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух. Вследствие чего стенки сосуда почти не проводят тепло. Для более равномерного теплообмена с окружающей средой сосуд помещают в термостат, наполненный водой.
Сосуд Дьюара заполнен водой, снабжён мешалкой, термометром и пробиркой, в которой помещают навески испытуемых веществ.
Если определяется теплота сгорания вещества, то вместо пробирки в калориметр помещается калориметрическая бомба, в которой сжигается навеска вещества. Чтобы горение протекало энергично до образования высших окислов, в бомбу закачивается кислород под давлением.
Рис. 1.4 Калориметрическая бомба
Калориметрическая бомба должна выдерживать высокие давления, поэтому её делают в виде толстостенного цилиндра из нержавеющей стали. В чашечку помещают навеску исследуемого вещества, под чашечкой прикрепляется спираль из железной проволоки определённой массы. Бомбу завинчивают крышкой и наполняют кислородом под давлением. Через проволоку пропускают электрический ток, перегорая, она зажигает вещество в чашечке и оно мгновенно сгорает.
Определив температуру в калориметре до сгорания (t) и после сгорания вещества (tг) наблюдают вызванные процессом изменения температуры:
?t = tг - t1. (1.7)
Если известно "тепловое значение" калориметра (B), то теплота, полученная калориметром, вычисляется по формуле:
Q = B?t. (1.8)
"Тепловое значение" калориметра или его теплоёмкость (В) по своему физическому смыслу представляет количество теплота, требуемое для нагревания калориметра на 1оС (В кДж/К).
Тепловое значение В находят опытным путём. Для этого в том же калориметре сжигают вещество, тепловой эффект которого известен и измеряют изменение температуры ?t.
Отсюда: . (1.9)
Измерение температуры в калориметре проводится термометрами чувствительностью 0,001 оС, в современных приборах она может достигать даже 0,0003 оС.
Несмотря на попытки исключить теплообмен калориметра с окружающей средой в действительности он в той или иной мере протекает. Кроме того при такой чувствительности термометров оказывается о?/p>