Nhiệt toả ra theo lượng chất và so sánh nhiên liệu

Đốt cháy hoàn toàn $49{,}58\ \text{L}$ khí $\mathrm{CH_4}$ ở $25\ ^\circ\mathrm{C}$, $1\ \text{bar}$. Tính nhiệt toả ra.

Giải. $n = 49{,}58/24{,}79 = 2{,}00\ \text{mol}$. $Q = 2\times890{,}2 = 1780{,}4\ \text{kJ}$.

Cần đốt bao nhiêu gam ethanol để toả $500\ \text{kJ}$?

Giải.

1. $n = 500/1366{,}7 \approx 0{,}3658\ \text{mol}$.
2. $m = 0{,}3658\times46 \approx 16{,}83\ \text{g}$.

(a) Nung $1\ \text{kg}$ $\mathrm{CaCO_3}$ ($M=100$) cần cấp bao nhiêu kJ, biết $\mathrm{CaCO_3(s)} \rightarrow \mathrm{CaO(s)} + \mathrm{CO_2(g)}$, $\Delta_rH = +178{,}3\ \text{kJ}$? (b) Tổng hợp $\mathrm{N_2} + 3\mathrm{H_2} \rightarrow 2\mathrm{NH_3}$, $\Delta_rH = -92\ \text{kJ}$: tạo $3{,}4\ \text{g}$ $\mathrm{NH_3}$ ($M=17$) toả bao nhiêu kJ?

Giải.

1. (a) $n = 1000/100 = 10\ \text{mol}$; $Q = 10\times178{,}3 = 1783\ \text{kJ}$ (thu vào).
2. (b) $n(\mathrm{NH_3}) = 3{,}4/17 = 0{,}2\ \text{mol}$. $\Delta_rH$ ứng với $2$ mol $\mathrm{NH_3}$, nên $Q = 0{,}2\times92/2 = 9{,}2\ \text{kJ}$ (toả ra).

Xếp theo nhiệt toả ra khi đốt $1\ \text{g}$ giảm dần: $\mathrm{H_2}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{C}$, $\mathrm{C_2H_5OH}$.

Giải. Chia $\lvert\Delta_cH\rvert$ cho $M$:

Nhiên liệu	Phép chia	kJ/g
$\mathrm{H_2}$	$285{,}8/2$	$142{,}9$
$\mathrm{CH_4}$	$890{,}2/16$	$55{,}6$
$\mathrm{C}$	$393{,}5/12$	$32{,}8$
$\mathrm{C_2H_5OH}$	$1366{,}7/46$	$29{,}7$

Thứ tự giảm dần: $\mathrm{H_2} > \mathrm{CH_4} > \mathrm{C} > \mathrm{C_2H_5OH}$. Theo mol thì thứ tự khác: $\mathrm{C_2H_5OH} > \mathrm{CH_4} > \mathrm{C} > \mathrm{H_2}$.

So sánh khối lượng $\mathrm{CO_2}$ ($M=44$) sinh ra trên mỗi kJ khi đốt $\mathrm{CH_4}$ và $\mathrm{C}$.

Giải. Mỗi mol $\mathrm{CH_4}$ sinh $1$ mol $\mathrm{CO_2}$ ($44\ \text{g}$) và toả $890{,}2\ \text{kJ}$: $44/890{,}2 \approx 0{,}049\ \text{g/kJ}$. Mỗi mol $\mathrm{C}$ sinh $44\ \text{g}$ $\mathrm{CO_2}$ và toả $393{,}5\ \text{kJ}$: $44/393{,}5 \approx 0{,}112\ \text{g/kJ}$. Than thải nhiều gấp khoảng $2{,}3$ lần methane cho cùng lượng nhiệt.