Сколько граммов угля (C) нужно сжечь, чтобы произвелась достаточное количество энергии для нагрева и полного испарения

Чтобы решить данную задачу, нам необходимо вычислить количество теплоты, которое потребуется для нагрева и испарения 720 мл воды, а затем найти количество угля (C), которое должно быть сожжено, чтобы произвести эту энергию.

Пошаговое решение задачи:

1. Вычисляем количество теплоты, необходимое для нагрева воды с начальной температурой 20 градусов Цельсия до точки испарения. Для этого применим формулу:

\[Q_1 = m \cdot c \cdot ΔT\]

Где:
- \(Q_1\) - количество теплоты, выраженное в джоулях (Дж)
- \(m\) - масса воды, выраженная в граммах (г)
- \(c\) - удельная теплоемкость воды, равная 4,2 Дж/(г⋅К)
- \(ΔT\) - изменение температуры воды, равное разности между температурой точки испарения и начальной температурой

Поскольку нам дано, что объем воды составляет 720 мл, а плотность воды примерно равна 1 г/мл, то масса воды равна 720 г.

Подставляем значения и рассчитываем \(Q_1\):

\[Q_1 = 720 \cdot 4,2 \cdot (100 - 20)\]

2. Вычисляем количество теплоты, необходимое для испарения 720 мл воды. Для этого используем формулу:

\[Q_2 = n \cdot ΔH_v\]

Где:
- \(Q_2\) - количество теплоты, выраженное в джоулях (Дж)
- \(n\) - количество вещества в молях (моль)
- \(ΔH_v\) - молярная теплота испарения, равная 44 кДж/моль

Объем воды, данного в условии, составляет 720 мл. Зная молярную массу воды, которая составляет примерно 18 г/моль, мы можем вычислить количество вещества воды:

\[n = \frac{m}{M}\]

Подставляем значения и рассчитываем \(Q_2\):

\[Q_2 = \frac{720}{18} \cdot 44\]

3. Находим общее количество теплоты, необходимое для нагрева и испарения воды:

\[Q_{\text{общ}} = Q_1 + Q_2\]

4. Вычисляем количество моль CO2, которое образуется при сжигании угля:

Из условия задачи известно, что при образовании 1 моля CO2 выделяется 393,5 кДж теплоты. Нам требуется вычислить количество моль CO2, которое образуется при производстве \(Q_{\text{общ}}\) теплоты.

\[n_{\text{CO2}} = \frac{Q_{\text{общ}}}{\text{теплота образования 1 моля CO2}}\]

Подставляем значения и рассчитываем \(n_{\text{CO2}}\):

\[n_{\text{CO2}} = \frac{Q_{\text{общ}}}{393,5}\]

5. Вычисляем массу угля (C), которая должна быть сожжена, чтобы произвести необходимое количество энергии:

Поскольку масса угля и количество моль угля связаны пропорциональным соотношением (предположим, что уголь представляет собой чистый углерод), мы можем использовать уравнение пропорции для вычисления массы угля:

\[\frac{m_{\text{уг}}}{n_{\text{уг}}} = \frac{M_{\text{уг}}}{1}\]

Где:
- \(m_{\text{уг}}\) - масса угля (в граммах), которая должна быть сожжена
- \(n_{\text{уг}}\) - количество моль угля, которое должно быть сожжено
- \(M_{\text{уг}}\) - молярная масса угля

Подставляем значения и рассчитываем \(m_{\text{уг}}\):

\[m_{\text{уг}} = n_{\text{уг}} \cdot M_{\text{уг}}\]

6. Округляем ответ до целого числа:

Округляем \(m_{\text{уг}}\) до ближайшего целого числа.

Надеюсь, что это подробное пошаговое решение поможет вам понять, как решить данную задачу. Если у вас возникнут дополнительные вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задавать их.