Molar Enthalpy of Combustion of Fuels or Molar Heat of Combustion Fuels Chemistry Tutorial

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Molare Verbrennungswärme (molare Verbrennungsenthalpie) einiger üblicher Stoffe, die als Brennstoffe verwendet werden

Kohlenwasserstoffe, wie Alkane, und Alkohole, wie Alkanole, können als Brennstoffe verwendet werden.

Bei der vollständigen Verbrennung eines Alkans in überschüssigem Sauerstoffgas sind die Reaktionsprodukte Kohlendioxid (CO2(g)) und Wasser (H2O(g), das bei Raumtemperatur und -druck zu H2O(l) kondensiert).

Alkan + überschüssiges Sauerstoffgas → Kohlendioxidgas + Wasserdampf

Die molare Verbrennungswärme des Alkans (molare Verbrennungsenthalpie des Alkans) ist die Menge an Wärmeenergie, die freigesetzt wird, wenn 1 Mol des Alkans in überschüssigem Sauerstoffgas verbrennt.

Bei der vollständigen Verbrennung eines Alkans in überschüssigem Sauerstoffgas sind die Reaktionsprodukte Kohlendioxid (CO2(g)) und Wasser (H2O(g), das bei Raumtemperatur und -druck zu H2O(l) kondensiert).

Alkanol + überschüssiges Sauerstoffgas → Kohlendioxidgas + Wasserdampf

Die molare Verbrennungswärme des Alkanols (molare Verbrennungsenthalpie des Alkanols) ist die Menge an Wärmeenergie, die freigesetzt wird, wenn 1 Mol des Alkanols in überschüssigem Sauerstoffgas verbrennt.

Um die molare Verbrennungswärme zu bestimmen, müssen wir in der Lage sein zu bestimmen, wie viele Mole des Stoffes bei der Verbrennungsreaktion verbraucht wurden, also muss der Stoff ein reiner Stoff sein.1

Die molare Verbrennungswärme (molare Verbrennungsenthalpie) einiger gebräuchlicher Alkane und Alkohole, die als Brennstoffe verwendet werden, ist unten in Einheiten von Kilojoule pro Mol (kJ mol-1)2 aufgeführt.

Man beachte, dass die chemischen Gleichungen, die jede der Verbrennungsreaktionen darstellen, ausgeglichen sind, so dass 1 Mol der verbrannten Substanz, des Brennstoffs, verwendet wird.
Die Verbrennungsreaktion findet in überschüssigem Sauerstoffgas, überschüssigem O2(g), statt, so dass es völlig in Ordnung ist, Bruchteile von O2(g) zu verwenden, um die Gleichung auszugleichen, weil wir wirklich nur an der freigesetzten Energie pro Mol des Brennstoffs interessiert sind, nicht pro Mol Sauerstoffgas.

Aus der Tabelle sehen wir, dass 1 Mol Methangas, CH4(g), in einem Sauerstoffüberschuss vollständig verbrennt und dabei 890 kJ an Wärme freisetzt.
Die molare Verbrennungswärme von Methangas ist in der Tabelle als positiver Wert angegeben, 890 kJ mol-1.
Die Enthalpieänderung für die Verbrennung von Methangas ist in der Tabelle als negativer Wert angegeben, ΔH = -890 kJ mol-1, weil die Reaktion Energie erzeugt (es ist eine exotherme Reaktion).
Wir könnten eine chemische Gleichung schreiben, um die Verbrennung von 1 Mol Methangas wie folgt darzustellen:

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = -890 kJ mol-1

Aber wie viel Energie wird freigesetzt, wenn 2 Mol Methan vollständig verbrannt werden?
Wenn wir eine chemische Gleichung für diese Reaktion schreiben, müssen wir jeden Term mit zwei multiplizieren ( × 2)einschließlich des Wertes von ΔH:

2 × CH4(g) + 2 × 2O2(g) → 2 × CO2(g) + 2 × 2H2O(g) ΔH = 2 × -890 kJ mol-1

2CH4(g) + 4O2(g) → 2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH = -1780 kJ mol-1

2 Mole Methan würden vollständig verbrennen und dabei 2 × 890 = 1780 kJ Wärme freisetzen.

Auch wenn nur ein halbes Mol Methangas vollständig verbrennt, müssen wir jeden Term in der chemischen Gleichung, einschließlich des Wertes von ΔH, mit ½ multiplizieren, wie in den folgenden chemischen Gleichungen gezeigt:

½ × CH4(g) + ½ × 2O2(g) → ½ × CO2(g) + ½ × 2H2O(g) ΔH = ½ × -890 kJ mol-1

½CH4(g) + O2(g) → ½CO2(g) + H2O(g) ΔH = -445 kJ mol-1

½ Mol Methan würde unter Freisetzung von ½ × 890 = 445 kJ Wärme verbrennen.

Im Allgemeinen, die Menge an Wärmeenergie, die bei der Verbrennung von n Molen Brennstoff freigesetzt wird, ist gleich dem Wert der molaren Verbrennungswärme des Brennstoffs multipliziert mit den Molen des verbrannten Brennstoffs

freigesetzte Wärme (kJ) = n (mol) × molare Verbrennungsenthalpie (kJ mol-1)

(Weitere Beispiele für diese Art von Berechnungen finden Sie in der Anleitung zur Berechnung der Enthalpieänderung bei einer chemischen Reaktion)

In diesem Abschnitt haben wir uns angesehen, wie man Tabellen mit Werten für die molare Verbrennungsenthalpie reiner Stoffe verwendet, um zu berechnen, wie viel Wärmeenergie freigesetzt wird, wenn bekannte Mengen des Stoffes in überschüssigem Sauerstoffgas verbrannt werden.
Aber woher kommen diese Werte?
Molare Verbrennungsenthalpiewerte können mit Hilfe von Laborexperimenten bestimmt werden.
Im nächsten Abschnitt werden wir ein Experiment besprechen, das du durchführen könntest, um die molare Verbrennungswärme eines Alkohols zu bestimmen.