Acetylén - je to chemická sloučenina, která je jedním z nejjednodušších uhlovodíků. Jeho vzorec – C2H2. Při spalování acetylenu v kyslíku dochází k chemické reakci, která vytváří vodu a oxid uhličitý.
Jednou z nejzajímavějších vlastností acetylenu je jeho vysoká energetická účinnost. Během spalování acetylenu se uvolňuje značné množství tepla. Tato vlastnost z něj činí ideální volbu pro použití v hořácích a svařovacích strojích.
Kolik tepla se však uvolňuje při spalování konkrétního množství acetylenu? Pro výpočet této hodnoty se používá hessův zákon. Předepisuje, že nárůst entalpie v reakciya konci se skládá ze součtu všech entalpií vzniklých mezilidských stavů, i když jsou virtuální a nemožné.
Definice acetylenu
Acetylen chemického vzorce C2H2 skládá se ze dvou atomů uhlíku a dvou atomů vodíku vázaných trojnou vazbou.
Acetylen má širokou škálu aplikací, včetně použití jako hořlavý a svařovací plyn, průmyslových procesů, výroby organických sloučenin a dalších průmyslových oblastí.
Reakce spalování acetylenu
2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O
Tato reakce je exotermická, to znamená, že je doprovázena uvolňováním tepla. Pro výpočet množství uvolněného tepla lze použít Hessův zákon nebo tabulky tepla pro tvorbu sloučenin.
Pro výpočet je nutné znát počet molů acetylenu zapojených do reakce. Na základě molární hmotnosti C2H2 lze určit hmotnost acetylenu a poté jej převést na počet molů pomocí poměru mezi hmotností a molární hmotností.
Řekněme, že máme 13 g acetylenu. Vypočítáme počet molů pomocí molární hmoty acetylenu:
Molární hmotnost acetylenu (C2H2) = (12.01 g/mol × 2) + (1.01 g/mol × 2) = 26.04 g / mol
Počet molů = hmotnost / molární hmotnost = 13 g / 26.04 g / mol = 0.4999 mol
Teplo uvolněné při spalování 1 molu acetylenu je -1299.58 kj. Pro výpočet uvolněného tepla při spalování 13 g acetylenu vynásobíme teplo počtem molů:
Teplo = -1299.58 kj × 0.4999 mol = -649.58 kj
Při spalování 13 g acetylenu se tedy uvolňuje asi -649.58 kj tepla.
Reakční koeficienty
Pro výpočet množství uvolněného tepla při spalování acetylenu je nutné znát reakční koeficienty, které umožňují určit poměr mezi počátečními činidly a konečnými produkty.
Zvažte reakci na acetylenovou spalovací rovnici:
| Činidlo | Produkty |
|---|---|
| C2N2 + O2 | CO2 + H2O |
Z této rovnice je vidět, že každá molekula acetylenu C2H2 reaguje se dvěma molekulami kyslíku O2 a tvoří dvě molekuly oxidu uhličitého CO2 a jednu molekulu vody H2O.
Koeficienty před vzorci látek označují počet molekul každé látky zapojené do reakce. V tomto případě je koeficient před acetylenem C2H2 1, před kyslíkem O2 - 2, před oxidem uhličitým CO2 - 2 a před vodou H2O - 1.
Pomocí těchto koeficientů lze vypočítat molární množství reaktantů a produktů a poté určit množství uvolněného tepla pomocí termochemických údajů.
Výpočet tepla přiděleného při spalování 13 g acetylenu
Pro výpočet tepla izolovaného při spalování acetylenu je nutné znát standardní entalpii tvorby acetylenu a reakčních produktů a molární hmotnost acetylenu.
Krok 1: Najděte molární hmotnost acetylenu (C2H2).
Molární hmotnost acetylenu (C2H2) = molární hmotnost uhlíku ( C) * počet atomů uhlíku + molární hmotnost vodíku (H) * počet atomů vodíku.
Uhlík (C) má molární hmotnost 12.01 g/mol a vodík (H) má molární hmotnost 1.01 g/mol.
Molární hmotnost acetylenu = 12.01 g/mol * 2 + 1.01 g/mol * 2 = 26.04 g/mol.
Krok 2: Vypočítáme množství molů acetylenu podle této hmotnosti (13 g).
Množství mol acetylen = acetylenová hmotnost / molární hmotnost acetylenu
Množství mol acetylenu = 13 g/26.04 g / mol je 0.499 mol.
Krok 3: Vypočítáme uvolněné teplo při spalování acetylenu.
Reakční teplo = množství molů acetylenu * standardní entalpie reakce
Standardní entalpie reakce spalování acetylenu (C2H2) rovná -1251 kJ / mol.
Reakční teplo = 0.499 mol * (-1251 kJ/mol) -624 kj.
Při spalování 13 g acetylenu se tedy uvolňuje asi 624 kj tepla.
Příklady výpočtu tepla
Zvažte několik příkladů výpočtu tepla uvolněného při spalování 13 g acetylenu:
Nejprve musíme najít množství molů acetylenu. K tomu použijeme vzorec:
moly acetylenu = acetylenová hmotnost / molární hmotnost acetylenu
Molární hmotnost acetylenu (C2H2) je přibližně 26 g / mol, takže:
moly acetylenu = 13 g / 26 g / mol = 0,5 mol
Poté použijeme acetylenovou reakční rovnici Gorenje:
C2H2 + 5/2 O2 → 2 CO2 + H2O + Q
Kde Q označuje uvolněné teplo při reakci.
Z rovnice je patrné, že při spalování 1 molu acetylenu se uvolňuje 1300 kj tepla.
Q = počet molů acetylenu * teplo při reakci
Q = 0,5 mol * 1300 kJ / mol = 650 kj
Při spalování 13 g acetylenu se tedy uvolňuje asi 650 kj tepla.
Předpokládejme, že máme informace o teple tvorby acetylenu (ΔHf) a teple tvorby CO2 (ΔHf1), H2O (ΔHf2).
ΔHf(C2H2) = 227 kJ / mol
ΔHf(CO2) = -393,5 kJ / mol
ΔHf (H2O) = -286 kJ / mol
Pomocí Hessova zákona můžeme najít reakční teplo:
Q = Σ (Moli produktů * teplo tvorby produktu) - Σ ( Moli činidel * teplo tvorby činidla)
Q = (2 mol CO2 * -393,5 kJ / mol) + (1 mol H2O * -286 kJ / mol)- (1 mol C2H2 * 227 kJ / mol)
Odhadované reakční teplo je tedy přibližně -787 kj. Negativní hodnota naznačuje, že reakce je exotermická, to znamená, že se uvolňuje teplo.
Nyní pomocí výsledné hodnoty reakčního tepla můžeme najít teplo uvolněné spalováním 13 g acetylenu:
Q = reakční teplo * množství molů acetylenu
Q = -787 kj * 0,5 mol = -393,5 kj
Při spalování 13 g acetylenu se tedy uvolňuje asi -393,5 kj tepla.