Il calore di combustione di un gas industriale

Filippo ha scritto:
 
Salve, dovrei risolvere un esercizio, ma sinceramente non so da che parte cominciare. Sapreste aiutarmi? Grazie in anticipo.
 
Calcolare il calore di combustione (ΔH a 25 °C) di un metro cubo di un gas industriale composto da H2 50%, CH4 30%, N2 10%, CO 10% dai dati termodinamici. Si consideri CO2 (gas) e H2O (liquida) come unici prodotti di reazione. Le percentuali sono in volume.
 
 
Ecco l’aiuto:
 
Poiché gli unici prodotti della combustione risultano CO2(g) e H2O(l), dobbiamo trascurare la combustione dell’azoto e considerare soltanto quella dell’idrogeno, del metano e del monossido di carbonio; le rispettive equazioni di reazione sono:
 
H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l)             CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)              CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g)
Il calore liberato dalla combustione dell’idrogeno corrisponde al calore di formazione, H°f, dell’acqua il cui valore, a 25 °C e alla pressione di 1 bar, è tabulato e corrisponde a -285,83 kJ/mol. In generale, sono tabulati i calori di formazione di tutte le sostanze conosciute e, molto spesso, sono tabulati anche i calori di combustione, ΔH°comb., di molte sostanze. Qualora i calori di combustione non siano disponibili,  possono essere calcolati tenendo presente che il ΔH° di qualsiasi reazione corrisponde alla differenza tra la sommatoria dei calori di formazione dei prodotti e la sommatoria dei calori di formazione dei reagenti, cioè:
ΔH°reazione = ΣH°f. prodotti – ΣH°f. reagenti
Sapendo inoltre che, per convenzione, il calore di formazione degli elementi nel loro stato standard è uguale a zero, è possibile effettuare nel tuo caso i seguenti calcoli:
 
ΔH°comb.CH4(g)  = H°f.CO2 + 2×H°f.H2O – (H°f.CH4 + 2×H°f.O2) = [-393,50 + 2×(-285,83) – (-74,85 + 0)] kJ = -890,31 kJ
 
ΔH°comb.CO(g)  = H°f.CO2 – (H°f.CO + ½ H°f.O2) = [-393,50 – (-110,50 + 0)] kJ = -283,00 kJ
 
A questo punto sai che la combustione di una mole di idrogeno libera 285,83 kJ/mol, di una mole di metano libera 890,31 kJ e di una mole di monossido di carbonio 283,00 kJ. Per sapere il calore liberato dalla combustione di un metro cubo del tuo gas industriale, non resta che calcolare le quantità in moli dei tre gas contenuti nella miscela. Supponendo poi che il volume della miscela sia riferito a 0 °C e alla pressione di 1 atm, possiamo determinare la quantità in moli di ciascun gas dividendo il suo volume per il volume molare gassoso a STP, che è pari a 22,414 L/mol. Quindi:
 
V H2(g) = 0,50 m3 = 500 L        n H2(g) = 500 L/22,414 L/mol = 22,31 mol
 
V CH4(g) = 0,30 m3 = 300 L        n CH4(g) = 300 L/22,414 L/mol = 13,38 mol
 
V CO(g) = 0,10 m3 = 100 L        n H2(g) = 100 L/22,414 L/mol = 4,46 mol
 
Δ comb. totale = ΔH°comb. H2 × n H2 + ΔH°comb. CH4 × n CH4 + ΔH°comb. CO× n CO =
-285,83 kJ/mol×22,31 mol + (-890,31 kJ/mol×13,38 mol) + (-283,00 kJ/mol×4,46 mol) = 19551 kJ
 
In conclusione, il calore di combustione della tua miscela gassosa è 1,96×104 kJ.

Per la lezione

Prosegui la lettura