Exercici 1 · Química Bàsica Ii UB 2024

Exercici 1 (10 punts). Combustió de mescla de metà i hidrogen

Es fa servir com a combustible una mescla gasosa formada per metà i hidrogen que presenta una proporció en massa del $36{,}0\,\%$ de metà. La reacció de combustió s'efectua a una pressió constant d'$1{,}00\text{ bar}$ emprant la quantitat estequiomètrica exacta d'oxigen pur per assolir la combustió total.

Dades termodinàmiques i atòmiques:

Masses atòmiques relatives: $H = 1{,}01$; $C = 12{,}01$; $N = 14{,}01$; $O = 16{,}00\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Entalpies estàndard de formació i capacitats calorífiques molars a $25\text{ }^\circ\text{C}$:

Substància

$\text{CH}_4\text{(g)}$

$\text{H}_2\text{(g)}$

$\text{H}_2\text{O(g)}$

$\text{CO}_2\text{(g)}$

$\text{O}_2\text{(g)}$

$\text{N}_2\text{(g)}$

$\Delta_f H^\circ / \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$-74{,}81$

$0{,}0$

$-241{,}82$

$-393{,}51$

$0{,}0$

$0{,}0$

$C_p / \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$

$35{,}31$

$28{,}82$

$33{,}58$

$37{,}11$

$29{,}36$

$29{,}13$

Aigua líquida: $\Delta_{\text{vap}} H^\circ = 40{,}65\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $C_p(\text{H}_2\text{O}, \text{l}) = 75{,}29\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$.

a)

Determineu la quantitat de calor despresa a $25{,}0\text{ }^\circ\text{C}$ per cada quilogram de combustible cremat.

b)

Part de l'energia tèrmica generada s'arrossega amb els gasos calents de combustió en abandonar el cremador a $180\text{ }^\circ\text{C}$. Si aquesta pèrdua s'avalua en $2000\text{ kJ}$ per cada quilogram de mescla combustible, calculeu la calor útil que es pot aprofitar (per kg de combustible).

c)

Trobeu la quantitat màxima de vapor d'aigua a $100\text{ }^\circ\text{C}$ que es pot generar a partir d'aigua líquida inicialment a $25{,}0\text{ }^\circ\text{C}$ emprant la calor neta aprofitada obtinguda en cremar $100\text{ g}$ de combustible.

d)

Argumenteu de manera qualitativa quines conseqüències tindria sobre el procés substituir l'oxigen pur pel volum necessari d'aire atmosfèric (amb relació molar $1:4\text{ O}_2:\text{N}_2$).