Роль хімії у розв’язанні енергетичної проблеми

Задачі за темою

"Роль хімії у розв’язанні енергетичної проблеми"

                                                  Рівень 1 (початковий)

Задача:
Метан (CH₄) використовується як паливо. При його згорянні виділяється теплота:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O; ΔH = –890 кДж/моль
Обчисліть, скільки енергії виділиться при повному згорянні 4 кг метану. Яку масу CO₂ при цьому утвориться?

                                                   Рівень 2 (середній- достатній)

Задача:
Біопаливо (наприклад, етанол C₂H₅OH) вважають альтернативою бензину (C₈H₁₈).

1. Порівняйте енергетичну ефективність етанолу та бензину, якщо теплота згоряння:
   • Етанол: 1360 кДж/моль
   • Бензин: 5470 кДж/моль
2. Обчисліть об’єм CO₂ (н.у.), що утворюється при згорянні 1 кг кожного палива.
3. Поясніть, чому біопаливо вважають екологічно вигіднішим, незважаючи на меншу енергоємність.

                                                Рівень 3 (високий)

                                                           Задача:
Водень (H₂) — перспективне джерело енергії. Його можна отримати електролізом води:
                          2H₂O → 2H₂ + O₂  + Q1 (Q1=286,2 кДж/моль)

1. Розрахуйте ККД процесу, якщо для отримання 1 кг H₂ витрачається 60 кВт·год електроенергії.
2. Водень використовують у паливних елементах з ККД 50%. Порівняйте загальну ефективність цього ланцюга (електролиз + паливний елемент) з ККД звичайного двигуна внутрішнього згоряння (25%).
3. Назвіть дві проблеми, пов’язані з використанням водню як палива, та запропонуйте хімічні методи їх вирішення.