• Главная » Разное » Как объяснить выделение энергии при сгорании топлива

    Как объяснить выделение энергии при сгорании топлива


    Энергия топлива. Удельная теплота сгорания

    Урок 10. Физика 8 класс

    В мире повсеместно используется энергия топлива. Очевидно, что при сгорании выделяется тепловая энергия. Об особенностях процесса горения и о том, как рассчитать количество теплоты, мы поговорим на этом уроке.


    Конспект урока "Энергия топлива. Удельная теплота сгорания"

    топлива для сжигания | Тепло, выделяемое при сгорании энергии

      • БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
      • КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
        • BNAT
        • Классы
          • Класс 1-3
          • Класс 4-5
          • Класс 6-10
          • Класс 110003 CBSE
            • Книги NCERT
              • Книги NCERT для класса 5
              • Книги NCERT, класс 6
              • Книги NCERT для класса 7
              • Книги NCERT для класса 8
              • Книги NCERT для класса 9
              • Книги NCERT для класса 10
              • NCERT Книги для класса 11
              • NCERT Книги для класса 12
            • NCERT Exemplar
              • NCERT Exemplar Class 8
              • NCERT Exemplar Class 9
              • NCERT Exemplar Class 10
              • NCERT Exemplar Class 11
                • 9plar
              • RS Aggarwal
                • RS Aggarwal Решения класса 12
                • RS Aggarwal Class 11 Solutions
                • RS Aggarwal Решения класса 10
                • RS Aggarwal Решения класса 9
                • Решения RS Aggarwal класса 8
                • Решения RS Aggarwal класса 7
                • RS Aggarwal Class 6 Soluti
        .Основы двигателя внутреннего сгорания

        | Министерство энергетики

        Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают исключительную управляемость и долговечность, и от них в Соединенных Штатах полагается более 250 миллионов транспортных средств по шоссе. Наряду с бензином или дизельным топливом они также могут использовать возобновляемые или альтернативные виды топлива (например, природный газ, пропан, биодизель или этанол). Их также можно комбинировать с гибридными электрическими силовыми агрегатами для увеличения экономии топлива или подключаемыми гибридными электрическими системами для расширения ассортимента гибридных электромобилей.

        Как работает двигатель внутреннего сгорания?

        Горение, также известное как горение, является основным химическим процессом высвобождения энергии из топливно-воздушной смеси. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в работу. Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал.В конечном итоге это движение приводит в движение колеса транспортного средства через систему шестерен трансмиссии.

        В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания: бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия. Большинство из них представляют собой четырехтактные двигатели, а это означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня. Цикл включает четыре различных процесса: впуск, сжатие, сгорание, рабочий ход и выпуск.

        Бензиновые двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели с воспламенением от сжатия различаются по способу подачи и воспламенения топлива.В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом, а затем вводится в цилиндр во время процесса впуска. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода. В дизельном двигателе только воздух вводится в двигатель, а затем сжимается. Затем дизельные двигатели распыляют топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозированной скоростью, вызывая его возгорание.

        Улучшение двигателей внутреннего сгорания

        За последние 30 лет исследования и разработки помогли производителям снизить выбросы ДВС таких загрязнителей, как оксиды азота (NOx) и твердые частицы (PM), более чем на 99%, чтобы соответствовать стандартам выбросов EPA. .Исследования также привели к улучшению характеристик ДВС (мощность в лошадиных силах и время разгона 0-60 миль в час) и эффективности, помогая производителям поддерживать или увеличивать экономию топлива.

        Узнайте больше о наших передовых исследованиях и разработках двигателей внутреннего сгорания, направленных на повышение энергоэффективности двигателей внутреннего сгорания с минимальными выбросами.

        .

        Молярная теплота сгорания топлива Учебник по химии

        Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
        Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

        Молярная теплота сгорания (молярная энтальпия сгорания) некоторых обычных веществ, используемых в качестве топлива

        Углеводороды, такие как алканы, и спирты, такие как алканолы, могут использоваться в качестве топлива.

        Когда алкан полностью сгорает в избытке газообразного кислорода, продуктами реакции являются диоксид углерода (CO 2 (г) ) и вода (H 2 O (г) , которая конденсируется до H 2 O). (л) при комнатной температуре и давлении).

        алкан + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

        Молярная теплота сгорания алкана (молярная энтальпия сгорания алкана) - это количество тепловой энергии, выделяющейся, когда 1 моль алкана сгорает в избытке газообразного кислорода.

        Когда алканол полностью сгорает в избытке газообразного кислорода, продуктами реакции являются диоксид углерода (CO 2 (г) ) и вода (H 2 O (г) , которая конденсируется до H 2 O). (л) при комнатной температуре и давлении).

        алканол + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

        Молярная теплота сгорания алканола (молярная энтальпия сгорания алканола) - это количество тепловой энергии, выделяющейся, когда 1 моль алканола сгорает в избытке газообразного кислорода.

        Чтобы определить молярную теплоту сгорания , нам необходимо определить, сколько моль вещества было израсходовано в реакции горения, поэтому вещество должно быть чистым. 1

        Молярная теплота сгорания (молярная энтальпия сгорания) некоторых обычных алканов и спиртов, используемых в качестве топлива, представлена ​​в таблице ниже в единицах килоджоулей на моль (кДж-моль -1 ) 2 .

        Обратите внимание, что химические уравнения, представляющие каждую из реакций горения, сбалансированы таким образом, что используется 1 моль сгоревшего вещества, топлива.
        Реакция горения происходит в избытке газообразного кислорода, избытке O 2 (г) , поэтому вполне нормально использовать доли O 2 (г) , чтобы сбалансировать уравнение, потому что нас действительно интересует только энергия, выделяемая на моль топлива, а не на моль газообразного кислорода.

        Вещество
        (топливо)         		Молярная теплота сгорания

        (кДж моль -1 )         		Реакция горения ΔH реакция
        (кДж моль -1 )
        метан 890 CH 4 (г) + 2O 2 (г) → CO 2 (г) + 2H 2 O (л) ΔH = -890
        этан 1560 C 2 H 6 (г) + 7 / 2 O 2 (г) → 2CO 2 (г) + 3H 2 O (л) ΔH = -1560
        пропан 2220 C 3 H 8 (г) + 5O 2 (г) → 3CO 2 (г) + 4H 2 O (л) ΔH = -2220
        бутан 2874 C 4 H 10 (г) + 13 / 2 O 2 (г) → 4CO 2 (г) + 5H 2 O (л) ΔH = -2874
        октановое число 5460 C 8 H 18 (г) + 25 / 2 O 2 (г) → 8CO 2 (г) + 9H 2 O (л) ΔH = -5460
        метанол
        (метиловый спирт)         		726 CH 3 OH (л) + 3 / 2 O 2 (г) → CO 2 (г) + 2H 2 O (л) ΔH = -726
        этанол
        (этиловый спирт)         		1368 C 2 H 5 OH (л) + 3O 2 (г) → 2CO 2 (г) + 3H 2 O (л) ΔH = -1368
        пропан-1-ол
        (1-пропанол)         		2021 C 3 H 7 OH (л) + 9 / 2 O 2 (г) → 3CO 2 (г) + 4H 2 O (л) ΔH = -2021
        бутан-1-ол
        (1-бутанол)         		2671 C 4 H 9 OH (л) + 6O 2 (г) → 4CO 2 (г) + 5H 2 O (л) ΔH = -2671

        Из таблицы видно, что 1 моль газообразного метана, CH 4 (г) , подвергается полному сгоранию в избытке газообразного кислорода, выделяя 890 кДж тепла.
        Молярная теплота сгорания газообразного метана приведена в таблице как положительное значение, 890 кДж · моль -1 .
        Изменение энтальпии при сгорании газообразного метана указано в таблице как отрицательное значение, ΔH = -890 кДж · моль -1 , потому что реакция производит энергию (это экзотермическая реакция).
        Мы могли бы написать химическое уравнение для представления сгорания 1 моля газообразного метана как:

        CH 4 (г) + 2O 2 (г) → CO 2 (г) + 2H 2 O (г) ΔH = -890 кДж моль -1

        Но сколько энергии выделяется, если 2 моля метана полностью сгорают?
        Когда мы пишем химическое уравнение для этой реакции, мы должны умножить каждый член на два ( × 2 ), включая значение ΔH:

        2 × CH 4 (г) + 2 × 2O 2 (г) → 2 × CO 2 (г) + 2 × 2H 2 O (г) ΔH = 2 × -890 кДж моль -1

        2 CH 4 (г) + 4 O 2 (г) → 2 CO 2 (г) + 4 H 2 O (г) ΔH = -1780 кДж моль -1

        2 моля метана полностью сгорят с выделением 2 × 890 = 1780 кДж тепла.

        Точно так же, если у нас есть только половина моля метана, который подвергается полному сгоранию, мы должны умножить каждый член в химическом уравнении, включая значение ΔH, на ½ , как показано в химических уравнениях ниже:

        ½ × CH 4 (г) + ½ × 2O 2 (г) → ½ × CO 2 (г) + ½ × 2H 2 O (г) ΔH = ½ × -890 кДж моль -1

        ½ CH 4 (г) + O 2 (г) → ½ CO 2 (г) + H 2 O (г) ΔH = -445 кДж моль -1

        ½ моля метана сгорит с выделением ½ × 890 = 445 кДж тепла.

        В общем, количество тепловой энергии, выделяемой при сгорании n молей топлива, равно значению молярной теплоты сгорания топлива, умноженной на количество молей сгоревшего топлива.

        выделяемого тепла (кДж) = n (моль) × молярная энтальпия сгорания (кДж моль -1 )

        (Дополнительные примеры таких расчетов см. В Руководстве по расчетам изменений энтлапии для учебника по химическим реакциям)

        В этом разделе мы рассмотрели, как использовать таблицы значений молярной энтальпии сгорания чистых веществ, чтобы вычислить, сколько тепловой энергии будет выделено, когда известные количества вещества будут сожжены в избытке газообразного кислорода.
        Но откуда эти значения?
        Значения молярной энтальпии сгорания могут быть определены с помощью лабораторных экспериментов.
        В следующем разделе мы обсудим эксперимент, который вы могли бы провести, чтобы определить молярную теплоту сгорания спирта.

        Измерение молярной теплоты сгорания жидкого топлива (измерение молярной энтальпии сгорания жидкого топлива)

        В школьной лаборатории можно определить молярную теплоту сгорания (энтальпию сгорания) жидкого топлива, такого как спирт, используя процедуру, описанную ниже: 3

        1. В колбу, химический стакан или банку наливают известное количество воды.
        2. Термометр расположен так, чтобы его колба (резервуар) находилась ближе к середине объема воды.
        3. В спиртовку помещается известное количество топлива, например спирт (алканол).
        4. Начальная температура воды измеряется и записывается (T i ).
        5. Фитиль спиртовой горелки горит, сжигая топливо и нагревая воду.
        6. Когда температура воды значительно повысилась, спиртовая горелка гаснет, и максимальная достигнутая температура записывается как конечная температура (T f ).
        7. Окончательное количество топлива измеряется и записывается.

        Типичные результаты эксперимента, в котором энергия, выделяемая при полном сгорании этанола, используется для нагрева 200 г воды, показаны ниже:

        Конечная масса горелки
        начальная температура воды (T i ) = 20 ° C горелка с начальной массой + этанол (m и ) = 37,25 г
        конечная температура воды (T f ) = 75 ° C + этанол (m f ) = 35.50 г
        изменение температуры воды
        = T f - T i
        = 75-20
        = 55 ° C         		этанол по массе, использованный в реакции горения
        = m i - m f
        = 37,25 - 35,50
        = 1,75 г

        Примечание:

        • Температура воды увеличивается, поскольку при сгорании топлива выделяется энергия, которая нагревает воду.
        • Масса топлива уменьшается, так как оно расходуется в реакции сгорания.

        Результаты этого эксперимента можно затем использовать для расчета молярной теплоты сгорания этанола (молярной энтальпии сгорания этанола), как показано ниже:

        Шаги для расчета молярной энтальпии сгорания этанола с использованием этих экспериментальных результатов:

        1. Рассчитать количество молей (n) израсходованного топлива

          моль = масса ÷ молярная масса

          масс использованного этанола = 1.75 г (из опыта)

          молярная масса (M) этанола (C 2 H 5 OH)

          = (2 × 12,01) + (6 × 1,008) + 16,00 (из периодической таблицы)

          = 46,1 г моль -1

          n (этанол) = масса ÷ молярная масса

          = 1,75 г ÷ 46,1 г моль -1

          = 0,0380 моль

        2. Рассчитать энергию, необходимую для изменения температуры воды:

          энергия, поглощенная водой = удельная теплоемкость воды × масса воды × изменение температуры воды

          удельная теплоемкость воды = c г = 4.184 Дж ° C -1 г -1 (технический паспорт)

          масса воды = 200 г (из опыта)

          изменение температуры воды = 55 ° C (из эксперимента)

          энергии, поглощенной водой = 4,184 Дж ° C -1 г -1 × 200 г × 55 ° C

          = 46024 Дж

          Преобразуйте энергию в Дж в кДж, разделив на 1000:

          энергия = 46024 Дж ÷ 1000 Дж / кДж

          = 46.024 кДж

        3. Рассчитайте молярную теплоту сгорания этанола (молярную энтальпию сгорания этанола):

          Предположим, что все тепло, произведенное при сжигании этанола, ушло на нагрев воды, то есть тепло не было потрачено впустую.
          Тогда мы можем сказать, что

          Из

          0,0380 моль этанола выделено 46,024 кДж тепла.

          Следовательно, 1 моль этанола даст:

          тепловой энергии на моль этанола = 46.024 кДж ÷ 0,0380 моль

          = 1211 кДж моль -1

          Следовательно, молярная теплота сгорания этанола составляет 1211 кДж моль -1
          (молярная энтальпия сгорания этанола составляет 1211 кДж моль -1 ).

          (Обратите внимание, что изменение энтальпии для реакции отрицательное, потому что реакция экзотермическая, поэтому изменение энтальпии для реакции составляет -1211 кДж моль -1 , ΔH = -1211 кДж моль -1 )

        Экспериментально определенное значение молярной теплоты сгорания этанола обычно меньше принятого значения 1368 кДж / моль -1 , поскольку некоторое количество тепла всегда теряется в атмосферу и при нагревании сосуда.

        План эксперимента можно улучшить, пытаясь свести к минимуму потери тепла в окружающую среду, например, окружив всю экспериментальную установку металлическими стенами.
        Безусловно, лучший способ минимизировать потери тепла в окружающую среду - это использовать калориметр-бомбу.

        .

        Сжигание углеводородов - Energy Education

        Сжигание углеводородов относится к химической реакции, при которой углеводород вступает в реакцию с кислородом с образованием диоксида углерода, воды и тепла. Углеводороды - это молекулы, состоящие как из водорода, так и из углерода. Они наиболее известны как основной компонент ископаемого топлива, а именно природного газа, нефти и угля. По этой причине ресурсы ископаемого топлива часто называют углеводородными ресурсами. [1] Энергия получается из ископаемого топлива путем сжигания (сжигания) топлива.Хотя примеси присутствуют в ископаемом топливе, сжигание углеводородов является основным процессом при сжигании ископаемого топлива. Пример сжигания углеводородов показан на рисунке 1. См. Моделирование внизу страницы для получения дополнительных примеров.

        Рисунок 1. Метан соединяется с кислородом 2 с образованием диоксида углерода, воды и тепла. [2]

        Описание

        Независимо от типа углеводорода при сжигании с кислородом образуются 3 продукта: диоксид углерода, вода и тепло, как показано в общей реакции ниже.Энергия, необходимая для разрыва связей в молекулах углеводородов, существенно меньше энергии, выделяющейся при образовании связей в молекулах CO 2 и H 2 O. По этой причине в процессе выделяется значительное количество тепловой энергии (тепла). Эту тепловую энергию можно использовать напрямую (например, для обогрева дома) или преобразовать ее в механическую энергию с помощью теплового двигателя. Однако это может привести к потере эффективности, что приводит к необходимым значительным потерям энергии (в виде отходящего тепла), что регулируется вторым законом термодинамики.Результирующая полезная механическая энергия будет намного меньше начальной тепловой энергии, обеспечиваемой сгоранием углеводородов.

        Общее уравнение реакции:

        [математические] C_xH_y + N (O_2) \ leftrightarrow x (CO_2) + \ frac {y} {2} (H_2O) [/ math]
        • [math] x [/ math] обозначает количество атомов углерода в углеводороде
        • [math] y [/ math] обозначает количество атомов водорода в углеводороде.
        • [math] N [/ math] обозначает количество атомов кислорода, необходимое для реакции горения углеводорода.

        Горение углеводородов и ископаемое топливо

        Обратите внимание, что CO 2 - это , всегда , образующийся при сжигании углеводородов; не имеет значения, какой тип молекулы углеводорода.Производство CO 2 и H 2 O - вот как полезная энергия получается из ископаемого топлива. По этой причине важно различать диоксид углерода и другие «отходы», которые возникают из-за примесей в топливе, таких как соединения серы и азота. [1] Отходы, образующиеся из-за примесей, могут быть удалены с помощью правильной технологии; CO 2 не может быть устранено, если ископаемое топливо не сжигается (не используется) в первую очередь.

        Не все ископаемые виды топлива имеют одинаковый состав.Природный газ на 90% состоит из метана (CH 4 ), который является самой маленькой молекулой углеводорода. Нефть, как правило, состоит из молекул среднего размера, хотя состав сильно варьируется от одного сорта нефти к другому. Как правило, чем плотнее масло, тем длиннее углеродные цепи в молекулах. Наконец, уголь содержит самые крупные и сложные молекулы углеводородов. [1]

        Поскольку разные углеводороды имеют разное соотношение водорода к углероду, они производят разные отношения воды к диоксиду углерода.Как правило, чем длиннее и сложнее молекула, тем больше отношение углерода к водороду. По этой причине при сжигании равных количеств разных углеводородов будет образовываться разное количество диоксида углерода, в зависимости от соотношения углерода и водорода в молекулах каждого из них. Поскольку уголь содержит самые длинные и самые сложные молекулы углеводородов, при сжигании угля выделяется больше CO 2 , чем при сжигании той же массы нефти или природного газа. Это также изменяет плотность энергии каждого из этих видов топлива.

        Выбросы двуокиси углерода

        Ниже приведена диаграмма выбросов CO 2 при производстве 293,1 кВтч (1 000 000 БТЕ) энергии из различных углеводородных топлив. [3]

        Анимация горения

        Выберите топливо из раскрывающегося меню, чтобы увидеть чистую реакцию, которая происходит во время сгорания.

        Для дальнейшего чтения

        Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

        Список литературы

        Авторы и редакторы

        Bethel Afework, Эллисон Кэмпбелл, Райли Федечко, Джордан Ханания, Брейден Хеффернан, Джеймс Дженден, Аманда Масгроув, Кейлин Стенхаус, Джасдип Тор, Джейсон Донев
        Последнее обновление: 31 января 2020 г.
        Получить ссылку

        .

        Смотрите также

© 2020 nya-shka.ru Дорогие читатели уважайте наш труд, не воруйте контент. Ведь мы стараемся для вас!