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:

\(Q_{\text{меди}} = mc\Delta T\),

где \(m\) - масса меди, \(\Delta T\) - изменение температуры, а \(c\) - удельная теплоемкость меди.

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

Таким образом, подставив значения в формулу, получим:

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

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

\(Q_{\text{меди}} = 33 150 \, \text{Дж}\).

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):

\(C + O_2 \rightarrow CO_2\), \(\Delta H = -393,5 \, \text{кДж/моль}\).

Реакция образования оксида углерода:

\(2C + O_2 \rightarrow 2CO\), \(\Delta H = -221,8 \, \text{кДж/моль}\).

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

\(\Delta H_{\text{угля}} = (2 \cdot \Delta H_{\text{CO}}) - (\Delta H_{\text{CO2}})\),

где \(\Delta H_{\text{угля}}\) - тепловой эффект сгорания угля,
\(\Delta H_{\text{CO}}\) - тепловой эффект образования оксида углерода,
\(\Delta H_{\text{CO2}}\) - 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):

\(Q_{\text{нагрева}} = \frac{\Delta H_{\text{угля}}}{12 \, \text{г/моль}} \cdot 1 \, \text{кг}\).

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:

\(Q_{\text{угля}} = Q_{\text{меди}} + Q_{\text{нагрева}}\).

\(Q_{\text{угля}} = 33 150 \, \text{Дж} + (-18,48 \, \text{кДж})\).

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

\(Q_{\text{урны}} = 33 150 \, \text{Дж} + (-18,48 \, \text{кДж}) \cdot (1000 \, \text{Дж/кДж})\).

\(Q_{\text{урны}} = 33 150 \, \text{Дж} - 18 480 \, \text{Дж}\).

\(Q_{\text{урны}} = 14 670 \, \text{Дж}\).

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!