Задачи. 1.Температура газов окислительного пиролиза метана на выходе из зоны реакции 1450 0С

1. Температура газов окислительного пиролиза метана на выходе из зоны реакции 1450 ⁰С. Определите расход воды на закалку этих газов в расчете на 1 (н) м³, если их температура при этом снижается до 80 ⁰С, а температура воды повышается от 15 до 90 ⁰С. Теплоемкость газов пиролиза принять равной 33,90 Дж/(моль*К), воды 4,183 Дж/(кг*К).

Ответ:

2. Этилен в производстве этиленоксида перед поступлением в реактор компримируется до 2,00 МПа. Какова потребляемая мощность компрессора производительностью 2000 кг/ч этилена, если исходное давление газа 0,150 МПа, исходная температура 20 ⁰ С и компримирование протекает политропно с показателем политропы 1,34? Потерями энергии пренебречь.

Ответ:

3. Температурная зависимость истинной молярной теплоемкости гематита Fe₂O₃ выражается уравнением С_р=103,58 + 67,21 *10^-3Т - 17,74*10⁵ Т^-2 (кДж/(мольК)). Определите количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг гематита от 16 до 1538 °С.

Ответ: 1404,375 кДж

4. Рассчитайте изменение внутренней энергии при испарении 20 *10 ^-3 кг этилового спирта при нормальной температуре кипения, если его удельная теплота испарения 837,38 *10³ Дж/кг, а удельный объем пара при этой температуре 607 * 10 ^-3 м³/кг. Объемом жидкости пренебречь.

Ответ:

5. В резервуаре вместимостью 5*10^-2 м³ при 200 К и 0,5*10⁵ Па содержится азот. Определите теплоту, которую необходимо пере­дать газу, чтобы его давление стало 2*10⁵ Па. Считать азот в ука­занных условиях идеальным газом. Необходимые для решения данные возьмите из справочника.

Ответ:

6. Рассчитайте изменение энтальпии при нагревании 2 кг a-Si0₂ от 298 до 800 К, если зависимость теплоемкости от температу­ры выражается уравнением Cp = 46,94 + 34,31*10^-3 T - 11,3*10⁵/T².

Ответ:

7. Удельная теплота испарения воды при 100⁰С и давлении 1 атм равна 2255 Дж/г. Вычислить работу испарения одного моля воды при указанных условиях, а также найти изменение внутренней энергии ∆U и энтальпии ∆ Н для процесса испарения.

Ответ: Таким образом, теплота, затраченная на испарение воды преимущественно идет на увеличение внутренней энергии пара по сравнению с производимой работой.

8. Определите работу 3 моль испарения метанола при нормальной температуре кипения.

Ответ: А = 7,9475 кДж

9. У олова имеются две аллотропические модификации: серое и белое олово. Плотность серого и белого олова равна соответственно 5,75 и 7,28 г/см³. Какую работу производит эта система по отношению к окружающей среде, когда 1 моль белого олова превращается в серое олово при 13⁰С и давлении 1 атм.

Ответ: 0,44 кДж/моль

10. Рассчитать работу, которая совершается при растворении 15г магния в растворе НСl: а) в закрытом сосуде; б) в открытом стакане. Растворение происходит при температуре 300К.

Ответ: а) A = 0,б) A = 1558,9 Дж/моль

11. 1 моль СаСО₃ нагрет до 880 ^оС, при этом он разлагается. Разложение происхдит в контейнере, закрытом поршне, который вначале соприкасался с образцом и прижимался к нему атмосферным давлением. Какая работа совершается над окружающей атмосферой при полном разложении СаСО₃? Изменение энтальпии в результате протекания реакции при этих условиях r H = 169,90 кДж/моль. Чему равно изменение внутренней энергии?

Ответ: A = 9587,289 кДж/моль; U = 160312 Дж/моль

12. Удельная теплота испарения этанола при температуре его кипения78,4⁰С и давлении 1 атм. равна 840 Дж/г. Вычислить работу испарения одного моля этанола при этих условиях, а также найти увеличение внутренней энергии и энтальпии этанола при испарении.

Ответ: Ар = 2922,79 Дж/моль;Q = 38649 Дж/моль; H испарения = 41562,79 Дж/моль

13. В термически изолированной комнате объемом 27 м³ находиться воздух, теплоемкость которого Ср = 29 Дж/моль*К. В комнате имеется небольшая щель, через которую воздух может просачиваться наружу, где давление 1 атм. Сколько тепла необходимо для нагревания комнаты от 0⁰С до 20⁰С, если теплоемкость воздуха считать постоянной?

Ответ:

14. При определении энтальпии сгорания нафталина (C₁₀H₈) в кислороде в калориметрической бомбе най­дено, что при сгорании 1,1226 г нафталина темпе­ратура калориметрической системы возросла на 4,0630°С. Повышение температуры исправлено с учетом энталь­пии сгорания запальной проволочки и образования сажи, окиси углерода и азотной кислоты. Теплоем­кость калориметрической системы 2660 кал; молеку лярный вес нафталина 128,11 г*моль^-1. Определите энтальпию сгорания 1 моля нафталина при 18°С. Ответ:

15. Калорическая ценность пищевых продуктов (факти­чески энтальпия сгорания единицы массы пищевых продуктов) может быть определена измерением теп­лоты, выделяющейся при горении взвешенного образ­ца пищи при условии постоянства объема в калори­метрической бомбе. Выделяющееся тепло при полном сгорании 1 г (3*10^-3 моля) куриного жира в этих условиях (постоянный объем) составляет 10 ккал при 37° С. Определите калорическую ценность куриного жира (кал*г^-1) при 37° С и постоянном давлении, т. е. стандартную теплоту сгорания куриного жира при 37° С. Реакция может быть представлена уравнением С₂₀Н₃₂О₂ (тв) + 27О₂ (г) → 20СО₂ (г) + 16Н₂О (ж). Ответ:

16. Определите энтальпию плавления льда (кал*моль^-1) при —10°С из следующих данных: Ср(Н₂О, тв) = 9 кал*моль^-1-°К^-1; C_р (H₂О, ж) = 18 кал*моль^-1*⁰К^-1; ∆Н плавления льда при 0°С 1435 кал*моль^-1.

Ответ:

17. Для реакции 2А₂(тв) + 5В₂(г) = 2A₂B₅(г) ∆U₂₉₈ = 15 000 кал. Определите ∆Н₂₉₈ для этой реакции.

Ответ: 13222 кал.

18. Стандартная энтальпия сгорания ∆Н⁰₂₉₈ твердого нафталина (С₁₀Н₈) равна -1231,6 ккал*моль^-1. Про­дукты сгорания — СО₂ и жидкая вода. Найдите стан­дартную энтальпию образования нафталина при 25° С.

Ответ: 17,8 ккал*моль^-1.

19. Температурная зависимость истинной молярной теплоемкости кристобалита SiO₂ выражается уравнением Ср = 71,61 + 1,9*10 ^-3Т -37,59* 10⁵Т^-2 (Дж/(моль*К)). Определите количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг кристобалита от 16 до 1538 °С.

Ответ:

20. Изопропиловый спирт получают прямой гидрата­цией пропилена по реакции: С₃Н₆ (г.) + Н₂0 (г.) —> (СН₃)₂ СНОН (г.) в присутствии поливольфрамовой кислоты. Определите расход энергии на ведение процесса, если производительность установки 1400 кг/ч изопропилового спирта.

Ответ: 337 кВт

21. При получении синтез - газа из гексана основная реакция идет по уравнению: С₆Н₁₄(г.) + 30₂ (г.) 6СО (г.) + 7Н₂ (г.). Пренебрегая побочными явлениями, определите тепловой режим процесса, если он протекает при I860 ⁰С в реакторе производительностью 2,50 т/ч син­тез-газа состава СО/Н₂ = 6/7 (по объему).

Ответ: 1876 кВт

22. Температура реактора синтеза винилхлорида поддерживается равной 200 ⁰С за счет теплоотвода охлаждающим маслом. Определите расход масла на 1 кг продукта, если при образовании 1 кг винилхлорида выделяется 112,4 кДж теплоты, температура масла при прохождении через рубашку реактора повышается от 20 до 180 0С, а его теплоемкость равна 2,60 кДж/(кг*К).

Ответ:

23. Обжиг известняка проводится при 1100 ⁰С. Определите расход теплоты на обогрев сырья до температуры процесса, если он состоит в основном из СаСО₃ и поступает в печь обжига при 20 ⁰С.

Ответ:

24. Температура газов пиролиза на выходе из зоны реакции (плазмотрона) равна 1600 ⁰С. Определите необходимый расход на закалку (быстрое охлаждение) этих газов в расчете на 1 кг их, если их теплоемкость равна 4,15 кДж/(кг*К), температура на выходе из зоны закалки 150 ⁰С, а температура воды на входе в аппарат 20 ⁰С и на выходе 100 ⁰С. Теплоемкость воды принять равной 4,18 кДж/(кг*К).

Ответ:

25. В теплообменнике, питаемой водой, при нормальном давлении конденсируются пары этанола. Определите расход воды, если производительность аппарата 350 кг/ч этанола, температура воды на входе в аппарат 15 ⁰С, на выходе из него 35 ⁰С, а температура выходящего из пара этанола 53 ⁰С. Теплоемкость воды принять равной 4,184 кДж/(кг*К). Нормальная температура кипения этанола 78 ⁰С. Нормальная теплота испарения этанола Q = 42,18 кДж/моль.

Ответ:

26. В целях утилизации энергии теплоту отходящих газов собирают регенератора – камерах, наполненных теплоаккумулирующим материалом (теплоноситель). Сколько энергии может аккумулировать 1м³ камеры такого регенератора при повышении температуры ее теплоносителя от 150 до 1500 ⁰С, если теплоносителем служит: а) огнеупорный кирпич (с = 1,26 кДж/(кг*К); = 2560 кг/м³; б) магнетит (с = 0,88 кДж/(кг*К); = 5000 кг/м³;в) корунд (с = 0,36 кДж/(кг*К); = 4000 кг/м³;а) кварц (с = 1,07 кДж/(кг*К); = 2650 кг/м³.

Ответ: a) ;б) ;в) ;г)

27. В производстве этиленоксида, при использовании воздуха вместо чистого кислорода, состав циркулирующей смеси на входе в реактор следующий: С₂Н₄ – 20,0; О₂ – 7,0; СО₂ – 5,0; N₂ – 68,0. (в % об.). Рассчитайте расход теплоты на предварительный подогрев реакционной смеси от 40 до 280 ⁰С, если расход смеси в реактор равен 2400 кг/ч.

Ответ:

28. Состав коксового газа (в % об.).) N₂ – 7,0; СO₂ – 2,0; Н₂ – 57,0; СО – 6,0 и СН₄ – 28,0. Сколько теплоты «приносит» 1 (н) м³ этого газа в котел – утилизатор, если в нем этот газ остывает от 700 до 200 ⁰С? Потерями пренебречь.

Ответ:

29. Определите тепловой эффект разбавления 30,8%-ного водного раствора NaOH до концентрации 0,442% при 298 К.

Ответ:

30. Нитрозные газы производства азотной кислоты поступают в котел – утилизатор при 900 ⁰С, где за счет их остывания до 300 ⁰С образуется водяной пар. Определите теплоту, поставляемую 1(н) м³ нитрозных газов на производство пара, если их состав следующий (в% об.) N₂ – 76,0;O₂ – 14,0; NO – 10,0.

Ответ:

31. Определите теплоту растворения (q) KCl массой 2 г в 100 г воды по интегральным теплотам растворения KCl при 298 К.

Ответ:

32. Вычислите теплоту образования 1 моля твердого раствора KBr*KCl из индивидуальных веществ при 298 К. Состав твердого раствора: 8 моль KCl на 1 моль KBr. Теплота растворения 2 г твердого раствора в 100 мл воды 460 Дж, а теплота растворения механической смеси в 100 мл воды 466 Дж.

Ответ:

33. Коэффициент сжимаемости для С0₂ при 0 и 100 атм. равен 0,2007. Вычислите объем 0,1 моля газа при 100 атм. и 0°С. Используйте: а) закон идеального газа; б) коэффициент сжимаемости.

Ответ: а) б)

34. Коэффициент сжимаемости для азота N₂ при -50 и 800 атм. равен 1,95; при 100 и 200 атм. 1,10. Объем некоторого количества азота при -50 и 800 атм. равен 1 л. Вычислите объем того же количества азота при 100 и 200 атм.

Ответ:

35. Найдите при 1000° К для реакции 0₂(г) 20 (г), 117,04 ккал; С_Р(0) = R.

Ответ: 118,58 ккал

36. Найдите и при 25° С для реакции H₂S (г)+ O₂ (г) Н₂0 (г) + SO₂ (г).б) Найдите Н° при 1000° К. в) Имеете ли Вы достаточное количество сведений для того, чтобы найти ° при 2000 К? Объясните.

Ответ: а) = - 123,94 ккал; - 123,64 ккал;б) = -122,58ккал.

37. Найдите при 1000° К для реакции 0₂(г) 20 (г), 117,04 ккал; С_Р(0) = R.

Ответ: 118,58 ккал

38. Выведите уравнение зависимости от температуры для приведенной ниже реакции. (Конечное уравнение должно содержать только Т и числа.)

А(тв) + 2В₂(г) А В₄ (г) ₃₀₀= 500 ккал
С_Р(А, тв) = 5 + 3 10^-3T (кал моль^-1 °К^-1).
С_Р(В₂, г)=6 + 4 10^-3Т (кал моль^-1 °К^-1)
С_Р(АВ₄, г) =7 + 5 10^-3Г (кал моль^-1 °К^-1)

Ответ: = 500000 - 10∙ (Т - 300) -- ∙6∙I0^-3(Т² - 300²) = 503270 – 10Т - 3∙10^-3Т².

39. Для гипотетической реакции 2А(г) А₂(г) С_Р= 1 + 2 10^-3 кал °К^-1и ₂₉₈=-5 ккал. Определите для этой реакции температуру, при которой = 0 при постоянном давлении.

Ответ: 1880° К

40. Рассчитайте процесса разбавления 5 мл насыщенного раствора LiCl в 200 мл воды при 298 К, если суммарная теплоемкость калориметрической системы А = 1248 Дж/град.

Ответ:

41. Вычислите среднюю теплоемкость аммиака в интервале температур от 298 до 1000 К.

Ответ:

42. Вычислите изменение энтальпии при нагревании AgCl от 298 до 1000 К при стандартном давлении () и полную энтальпию AgCl при 1000 К. При 728 К происходит плавление AgCl, при температуре плавления 13,21 кДж/моль. Зависимость теплоемкости AgCl_тв от температуры возьмите в справочнике. Теплоемкость жидкого AgCl в интервале от 728 до 1000 К остается практически постоянной и равной 66,99 Дж/(моль*К).

Ответ:

43. В калориметр смешения, теплоемкость которого равна 13,2 кал/град, поместили 400 г 0,3%-ного раствора Н₂0₂ и до­бавили небольшое количество М.п0₂. После окончания реакции температура повысилась на 1,97 °С. Вычислите, сколько тепло­ты выделяется при разложении одного моля пероксида водо­рода. (Удельная теплоемкость раствора с=1 кал/(г-град)).

Ответ: 23,1 (ккал/моль)

44. Калориметр, используемый для определения тепловых эффектов реакций, представляет собой ячейку, которая погру­жена в сосуд, содержащий 3000 г воды. Температуру измеряют с помощью чувствительного термометра, резервуар которого на­ходится в воде. Теплоемкость калориметра равна 1672Дж/град. В ячейку калориметра поместили 4,6 г глицерина. При его полном сгорании в избытке 0₂ температура воды в сосуде ка­лориметра поднялась на 5,85 "С. Вычислите, сколько теплоты выделяется при сгорании одного моля глицерина. (Удельная теплоемкость воды с_НгО = 4180 Дж/(кг * град).)

Ответ: 1663 (кДж/моль)

45. При сжигании 2,3 г этилового спирта в калориметриче­ской бомбе, помещенной в калориметр с водой, температура воды повысилась на 5,72 °С. Измерения проводили при 25 °С. Суммарная теплоемкость воды и калориметрической бомбы рав­на 12 кДж/град. Вычислите: а) молярную теплоту сгорания этилового спирта при постоянном объеме; б) молярную теплоту сгорания этилового спирта при постоянном давлении (вода и спирт находятся в жидком состоянии; газы считайте идеаль­ными).

Ответ: а) 1373 (кДж/моль);б) 1375 (кДж/моль)

46. Коксовый газ имеет следующий объемный состав: 60 % Н₂, 7 % СО, 1 % N₂, 25 % СН₄; 7 % С0₂. При сжигании одного моля Н₂, СН₄ и СО выделяется 58, 213 и 69 ккaл соответственно Вычислите, сколько теплоты выделится при сжигании 1 м³ коксового газа (объем указан в пересчете на нормальные условия).

Ответ: 4160 (ккал)

47. Теплота образования Н₂0 (г.) при стандартных усло­виях (25 °С, 1 атм) равна = -57,8 ккал/моль. Удельная теплоемкость Н₂0 (г.) зависит от температуры следующим образом: с = 0,373 + 5*10^-5 t (кал/(г*град)); t - температура (°С). Рассчитайте максималь­ную температуру, которая может быть достигнута при горении стехиометрической смеси Н₂ и 0₂, если все выделяющееся теп­ло расходуется на нагревание паров воды. Изменится ли макси­мальная температура при сжигании Н₂ в воздухе, содержащем столько кислорода, сколько его требуется по уравнению реакции?

48. При 25°С и 1 атм изменение внутренней энергии систе­мы ( U) в результате реакции Н₂(г.) + 1/2 0₂ (г.) = Н₂0 (ж.) равно —282,1 кДж/моль. В интервале температур от 25 до 100°С средние молярные теплоемкости Н₂ (г.), 0₂ (г.) и Н₂0 (ж.) равны 28,9; 29,4 и 75,5 Дж/(моль*град) соответственно. Вычислите изменение энтальпии реакции образования воды из Н₂ (г.) и 0₂ (г.) при 100 °С и 1 атм. Ответ: -283,4 (кДж/моль).

49. Степень сжатия двигателя Дизеля равна 18 (. Рассчитайте температуру и давление в цилиндре такого двигателя в конце сжатия, если начальная температура воздуха в цилиндре 100 ⁰С и давление 0,10 МПа. Процесс считать идеальным адиабатическим.

Ответ:

Дата добавления: 2015-05-09