PAU Química 2021 · Juny · Sèrie 5 · Exercici 7

7. Les calderes de calefacció de condensació, a diferència de les convencionals, tenen més eficiència energètica. El combustible utilitzat principalment és el gas natural, format per una mescla d’hidrocarburs en què el metà és el component majoritari. La diferència entre les dues calderes és que en fer la combustió del metà en la caldera convencional obtenim aigua en estat de vapor, mentre que en la caldera de condensació obtenim aigua en estat líquid. a) Sabem que la variació d’entalpia estàndard de la combustió d’un mol de metà per a donar vapor d’aigua és –801,4 kJ mol–1. Escriviu la reacció de combustió del metà en la caldera de condensació i calculeu la variació d’entalpia d’aquesta reacció. Justifiqueu numèricament quina té més eficiència energètica. [1,25 punts] b) Compareu la calor despresa a volum constant i a pressió constant de la caldera de condensació i raoneu-ho. Feu el mateix amb la caldera convencional. [1,25 punts] Dades:  Entalpies estàndard de formació: ΔHf° (CH4, g) = –74,8 kJ mol–1; ΔHf° (CO2, g) = –393,5 kJ mol–1; ΔHf° (H2O, l) = –285,5 kJ mol–1. Constant universal dels gasos ideals: R = 8,31 J K–1 mol–1. Nota:  Totes les dades són a 25 °C.

PREGUNTA 7a Hºcombustió (metà) per donar vapor d’aigua = -801,4 kJ/mol de metà (caldera convencional) CH4(g) + 2 O2(g)  CO2(g) + 2 H2O(g) Reacció de combustió del metà en caldera de condensació (per donar aigua estat líquid): CH4(g) + 2 O2(g)  CO2(g) + 2 H2O(l) [0,35 p] Hºcombustió (metà) per donar aigua líquida = = ∆Hf (CO2(g)) + 2∆Hf (H2O(l)) – ∆Hf (CH4(g)) = = (-393,5 kJ/mol) + 2·(-285,5 kJ/mol) – (-74,8 kJ/mol) = -889,7 kJ/mol [0,6 p] Quan es crema un mol de metà en la caldera convencional es desprenen 801,4 kJ d’energia. Quan es crema un mol de metà en la caldera de condensació es desprenen 889,7 kJ d’energia, la qual representa més energia per quantitat de combustible, per tant, es justifica la seva major eficiència energètica. [0,3 p] PREGUNTA 7b La relació entre calor a pressió i volum constant és: QV = QP – nRT [0,25 p] A la caldera convencional, la variació de nombre de mols de gasos és n = 3 (productes) – 3 (reactius) = 0; QP = -801,4 kJ·mol-1 QV = -801,4 kJ·mol-1 – n […]