Сколько граммов угля (C) нужно сжечь, чтобы получить достаточно энергии для нагрева и полного испарения 720 мл воды?

Тема: Расчет количества угля для нагрева и испарения воды

Объяснение: Чтобы рассчитать количество угля, необходимого для нагрева и испарения воды, мы должны учесть количество теплоты, которое нужно передать воде. Сначала мы рассчитываем количество теплоты, необходимое для нагрева воды от исходной температуры до точки кипения, а затем рассчитываем количество тепла, необходимое для испарения воды.

1. Нагрев воды до точки кипения:
Масса воды (m) = объем воды (V) * плотность воды (р)
m = 720 мл * 1 г/мл = 720 г
Количество тепла (Q1) = масса воды (m) * теплоемкость воды (c) * изменение температуры (ΔT)
ΔT = температура кипения - исходная температура = 100∘C - 20∘C = 80∘C
Q1 = 720 г * 4.2 Дж/(г⋅К) * 80∘C = 241,920 Дж

2. Испарение воды:
Для испарения 1 моля воды требуется 44 кДж теплоты.
Найдем количество молей воды (n):
n = масса воды (m) / молярная масса воды (M)
M = (1 г/моль) * 18 г/моль = 18 г/моль
n = 720 г / 18 г/моль = 40 моль
Количество тепла (Q2) = n * теплота испарения воды
Q2 = 40 моль * 44 кДж/моль = 1,760 кДж

3. Образование CO2:
При образовании 1 моля CO2 выделяется 393.5 кДж теплоты.
Количество молей CO2 (n) = количество молей воды (n)
Количество тепла (Q3) = n * теплота образования CO2
Q3 = 40 моль * 393.5 кДж/моль = 15,740 кДж

Общее количество теплоты (Q) = Q1 + Q2 + Q3
Q = 241,920 Дж + 1,760 кДж + 15,740 кДж = 17,741,920 Дж

Теплота, получаемая от сжигания 1 г угля (Qугля), равна 393.5 кДж/г. Чтобы рассчитать количество угля (mугля), нужное для получения общего количества теплоты (Q), делаем следующее:

mугля = Q / Qугля
mугля = 17,741,920 Дж / 393.5 кДж/г = 45 г

Пример использования: Сколько граммов угля нужно сжечь, чтобы получить достаточно энергии для нагрева и полного испарения 720 мл воды?

Совет: Для лучшего понимания задачи, обратите внимание на изначальные данные, такие как исходная температура воды, теплоемкость воды и теплоты испарения и образования CO2. Важно следить за единицами измерения и конвертировать их при необходимости.

Упражнение: Сколько граммов угля нужно сжечь, чтобы получить достаточно энергии для нагрева и полного испарения 500 мл воды? (Используйте данные из предыдущей задачи: исходная температура воды - 20∘C, теплоемкость воды - 4.2 Дж/(г⋅К), при испарении 1 моля воды поглощается 44 кДж теплоты, а при образовании 1 моля CO2 из простых веществ выделяется 393.5 кДж теплоты.) Ответ округлите до целого числа.