Zadanie 15. (0–2)

2025 Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych › Energetyka reakcji Oblicz

Treść

Informacja do zadań 15.–16.

Gaz LPG, stosowany do napędu samochodów, jest mieszaniną propanu i butanu. W zbiorniku z LPG panuje ciśnienie p, w którym ta mieszanina jest cieczą. W zależności od pory roku stosuje się dwa rodzaje LPG: zimowy i letni. Skład przykładowych ciekłych mieszanin LPG (w przeliczeniu na stosunek molowy) i odpowiadające im gęstości zestawiono w tabeli.

 Rodzaj mieszaniny
zimowy LPGletni LPG
$n_{\text{propanu}} : n_{\text{butanu}}$70 : 3030 : 70
Gęstość, g·cm−3 (T = 273 K)0,540,56

Na podstawie: https://www.e-petrol.pl

Standardowe entalpie spalania propanu i butanu podano poniżej.

Wykonano doświadczenie. Próbkę 1,0 dm3 letniego LPG przeprowadzono w stan gazowy i spalono.

Oblicz energię, która wydzieli się do otoczenia w wyniku całkowitego spalenia 1,0 dm3 letniego LPG. Wynik podaj w kilodżulach. Przyjmij, że wartości entalpii spalania węglowodorów są takie same jak w warunkach standardowych. Załóż, że powyższe wartości nie ulegają zmianie wraz ze zmianą temperatury oraz że energia jest wymieniana z otoczeniem wyłącznie na sposób ciepła.

Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
Wymagania ogólne
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Zdający: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł.
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 1) […] wyjaśnia przebieg procesów chemicznych; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.
Wymagania szczegółowe
I. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Zdający: 1) stosuje pojęcia: […] mol […]; 7) wykonuje obliczenia, z uwzględnieniem wydajności reakcji, dotyczące: liczby moli oraz mas substratów i produktów (stechiometria wzorów i równań chemicznych), objętości gazów w warunkach normalnych, po zmieszaniu substratów w stosunku stechiometrycznym i niestechiometrycznym.
IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Zdający: 9) stosuje pojęcie standardowej entalpii przemiany; interpretuje zapis $\Delta H < 0$ i $\Delta H > 0$ […].
XIII. Węglowodory. Zdający: 2) opisuje właściwości chemiczne alkanów na przykładzie reakcji: spalania […]; pisze odpowiednie równania reakcji.

Zasady oceniania 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń i podanie wyniku. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:

LUB

ALBO

– poprawne obliczenie liczby moli $\ce{C3H8}$ i $\ce{C4H10}$ w 1 dm3 letniego LPG. 0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.

Przykładowe rozwiązania

Sposób 1.

$M_{\text{propan}} = 44\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} \qquad M_{\text{butan}} = 58\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} \qquad m = 560\ \text{g}$

$d = \dfrac{m}{V}$

$\begin{cases}44\cdot n_{\text{propan}} + 58\cdot n_{\text{butan}} = 560 \\ n_{\text{propan}} = n_{\text{butan}}\cdot\dfrac{3}{7}\end{cases} \;\Rightarrow\; 560 = \dfrac{44\cdot 3}{7}\cdot n_{\text{butan}} + 58\cdot n_{\text{butan}}$

$n_{\text{butan}} = 7{,}286\ \text{mol}$

$n_{\text{propan}} = 3{,}123\ \text{mol}$

$E = 7{,}286\cdot 2878 + 3{,}123\cdot 2219 = 27\,899{,}05 \approx$ 27 900 (kJ)

Sposób 2.

Założenie: Mieszanina zawiera 0,3 mol $\ce{C3H8}$ i 0,7 mol $\ce{C4H10}$.

Energia wydzielona ze spalenia takiej mieszaniny:

$E = 0{,}3\ \text{mol}\cdot(2219\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}) + 0{,}7\ \text{mol}\cdot(2878\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}) = 2680\ \text{kJ}$

Masa tej mieszaniny:

$m = 0{,}3\ \text{mol}\cdot 44\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} + 0{,}7\ \text{mol}\cdot 58\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 53{,}8\ \text{g}$

Objętość tej mieszaniny:

$V = \dfrac{53{,}8\ \text{g}}{0{,}56\ \text{g}\cdot\text{cm}^{-3}} = 96{,}1\ \text{cm}^3$

96,1 cm3 — 2680 kJ    1000 cm3 — x

$x = 27\,887{,}62 \approx$ 27 900 (kJ)

Uwaga 1.: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny uznaje się każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.

Uwaga 2.: Podanie wyniku końcowego ze znakiem minus skutkuje utratą 1 pkt.

Podaj imię i e-mail, żeby zapisywać swoje odpowiedzi: