Mở đầu
Một nhiên liệu tỏa nhiều nhiệt trên mỗi mol chưa chắc cần ít khối lượng hơn để làm cùng công việc. Ta đưa các lựa chọn về cùng đại lượng trước khi so.
Cân bằng cháy và tính CO₂
Với hydrocarbon $\mathrm{C}_{x}\mathrm{H}_{y}$ cháy hoàn toàn:
$$\mathrm{C}_{x}\mathrm{H}_{y}+\left(x+\frac{y}{4}\right)\mathrm{O}_2\rightarrow x\mathrm{CO}_2+\frac{y}{2}\mathrm{H}_2\mathrm{O}.$$
Do đó 1 mol hydrocarbon tạo x mol CO₂. Ví dụ, 1 mol octane C₈H₁₈ tạo 8 mol CO₂, tương ứng $8\times44=352$ g CO₂.
Khối lượng CO₂ có thể lớn hơn khối lượng nhiên liệu vì oxygen trong CO₂ đến từ không khí.
Kiểm tra nhanh
Đốt cháy hoàn toàn 0,50 mol CH₄ tạo bao nhiêu mol CO₂?
Tỉ lệ CH₄ : CO₂ không phải 2 : 1.
$\mathrm{CH_4+2O_2\rightarrow CO_2+2H_2O}$ có tỉ lệ 1 : 1.
Đã nhân đôi theo hệ số O₂.
Không phù hợp bảo toàn carbon.
Lời giải
**Cách làm**
Mỗi mol CH₄ chứa 1 mol nguyên tử C và tạo 1 mol CO₂; 0,50 mol CH₄ tạo 0,50 mol CO₂.
Ví dụ mẫu: Nhiệt hữu ích và hiệu suất
Nếu đốt n mol nhiên liệu có độ lớn enthalpy cháy $|\Delta H_c|$ và hiệu suất sử dụng $\eta$:
$$Q_{\text{hữu ích}}=n|\Delta H_c|\eta.$$
Hiệu suất phải đổi từ phần trăm sang số thập phân.
Ví dụ, đốt 2,0 mol CH₄ với $|\Delta H_c|=890$ kJ/mol và hiệu suất 80%:
$$Q=2{,}0\times890\times0{,}80=1424\ \mathrm{kJ}.$$
Không dùng nhiệt hữu ích để thay cho toàn bộ nhiệt tỏa khi bài hỏi hai đại lượng khác nhau.
Đọc dữ liệu và xét môi trường
Khi dùng khối lượng riêng, thể tích mol khí hoặc nhiệt cháy, phải kiểm tra nhiệt độ, áp suất, trạng thái và đơn vị. Không tự dùng 22,4 L/mol nếu đề không ở điều kiện phù hợp.
Cháy thiếu oxygen tạo CO, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và bụi đen; nhiên liệu chứa sulfur có thể tạo SOₓ, còn nhiệt độ cháy cao góp phần tạo NOₓ. Cháy nhiên liệu hóa thạch cũng phát thải CO₂.
Các hướng giảm tác động gồm dùng nhiên liệu đạt chuẩn, nhiên liệu sinh học như E5, E10 hoặc biodiesel, phương tiện tiết kiệm năng lượng và động cơ điện. Khi so sánh nhiên liệu, cần xét cả năng lượng hữu ích và phát thải.
Luyện tập
Đốt 1,0 mol nhiên liệu tỏa lí thuyết 500 kJ, hiệu suất sử dụng 70%. Nhiệt hữu ích là bao nhiêu?
Đây là phần nhiệt thất thoát.
$500\times0{,}70=350$ kJ.
Đây là nhiệt lí thuyết trước tổn thất.
Đã chia cho hiệu suất thay vì nhân.
Lời giải
**Cách làm**
$Q_{\text{hữu ích}}=500\times70\%=350$ kJ.
Ghi nhớ
- Cân bằng carbon để tính CO₂; nhân hiệu suất để tính nhiệt hữu ích.
- Mọi dữ liệu vật lí phải dùng đúng điều kiện và đơn vị.
Đang học