Определить, сколько каменного угля требуется для плавления 1 кг меди при температуре 85 градусов Цельсия

Druzhok

11

Для решения данной задачи, нам потребуется использовать закон сохранения тепла и данную формулу:

$Q_{\text{угля}}=Q_{\text{меди}}+Q_{\text{нагрева}}$,

где $Q_{\text{угля}}$ - количество выделенного тепла от сгорания каменного угля,
$Q_{\text{меди}}$ - количество тепла, необходимое для нагрева и плавления меди,
$Q_{\text{нагрева}}$ - количество выделенного тепла при полном сгорании каменного угля.

Для начала найдем количество тепла, необходимое для нагрева и плавления меди.

Для этого воспользуемся формулой:

$Q_{\text{меди}}=mc\mathrm{\Delta }T$,

где $m$ - масса меди, $\mathrm{\Delta }T$ - изменение температуры, а $c$ - удельная теплоемкость меди.

Удельная теплоемкость меди составляет около 390 Дж/кг·С.

Таким образом, подставив значения в формулу, получим:

$Q_{\text{меди}}=1\text{кг}\cdot 390\text{Дж/кг·С}\cdot (85-0)\text{градусов Цельсия}$.

$Q_{\text{меди}}=1\text{кг}\cdot 390\text{Дж/кг·С}\cdot 85\text{градусов Цельсия}$.

$Q_{\text{меди}}=33150\text{Дж}$.

Теперь найдем количество выделенного тепла при полном сгорании каменного угля.

Данный процесс характеризуется образованием оксида углерода (CO) и оксида углерода (CO2). При этом выделяется определенное количество энергии, которое можно найти с помощью химических уравнений и используя данные по тепловому эффекту сгорания.

Реакция сгорания каменного угля (углерода):

$C+O_2\to C{O}_2$, $\mathrm{\Delta }H=-393,5\text{кДж/моль}$.

Реакция образования оксида углерода:

$2C+O_2\to 2CO$, $\mathrm{\Delta }H=-221,8\text{кДж/моль}$.

Тепловой эффект сгорания каменного угля равен разности энергии образования оксида углерода и оксида углерода:

$\mathrm{\Delta }{H}_{\text{угля}}=(2\cdot \mathrm{\Delta }{H}_{\text{CO}})-(\mathrm{\Delta }{H}_{\text{CO2}})$,

где $\mathrm{\Delta }{H}_{\text{угля}}$ - тепловой эффект сгорания угля,
$\mathrm{\Delta }{H}_{\text{CO}}$ - тепловой эффект образования оксида углерода,
$\mathrm{\Delta }{H}_{\text{CO2}}$ - тепловой эффект образования оксида углерода.

Данные значения приведены в кДж/моль.

Теперь, чтобы найти количество выделенного тепла при полном сгорании 1 кг каменного угля, необходимо разделить тепловой эффект сгорания каменного угля на молярную массу углерода (12 г/моль) и умножить на массу каменного угля (1 кг):

$Q_{\text{нагрева}}=\frac{\mathrm{\Delta }{H}_{\text{угля}}}{12\text{г/моль}}\cdot 1\text{кг}$.

Подставляя значения, получим:

$Q_{\text{нагрева}}=\frac{(-221,8\text{кДж/моль})}{12\text{г/моль}}\cdot 1\text{кг}$.

$Q_{\text{нагрева}}=-18,48\text{кДж}$.

Теперь, используя полученные значения, можем найти количество выделенного тепла от сгорания каменного угля:

$Q_{\text{угля}}=Q_{\text{меди}}+Q_{\text{нагрева}}$.

$Q_{\text{угля}}=33150\text{Дж}+(-18,48\text{кДж})$.

Для выполнения арифметических действий, приведем значение теплового эффекта сгорания каменного угля к Дж, умножив на 1000:

$Q_{\text{урны}}=33150\text{Дж}+(-18,48\text{кДж})\cdot (1000\text{Дж/кДж})$.

$Q_{\text{урны}}=33150\text{Дж}-18480\text{Дж}$.

$Q_{\text{урны}}=14670\text{Дж}$.

Таким образом, при полном сгорании каменного угля выделяется 14 670 Дж тепла.

Я надеюсь, что это подробное объяснение помогло вам понять решение задачи. Если у вас возникнут еще вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задавать!