В.Еремин, Теоретическая и математическая химия. 3-глава, 7-параграф 14-задание

В этанольно-кислородном топливном элементе с кислотным электролитом стандартная ЭДС равна 1,15 В. Сколько электроэнергии (в виде работы электрического тока) можно получить из одного моля этанола в топливном элементе? Каков стандартный потенциал анода?

Электричество из этанола можно также получить с помощью двигателя внутреннего сгорания, соединённого с генератором. Какой должен быть КПД такой системы, чтобы она могла конкурировать с топливным элементом? Теплота сгорания этанола равна 1370 кДж/моль.

Химия Университет Топливные элементы и электрическая энергия топливный элемент этанол стандартная ЭДС электроэнергия работа электрического тока стандартный потенциал анода КПД системы тепло сгорания двигатель внутреннего сгорания генератор Новый

Привет! Давай разберемся с твоими вопросами по поводу этанольно-кислородного топливного элемента.

1. Энергия, которую можно получить из одного моля этанола: Стандартная ЭДС (электродвижущая сила) топливного элемента равна 1,15 В. Это значит, что из одного моля этанола мы можем получить:

   • Энергия = ЭДС * количество электронов, переданных в реакции.
   • В случае этанола, в реакции участвует 12 электронов (при окислении этанола до углекислого газа и воды).

   Теперь, чтобы найти работу (энергию), мы используем формулу:

   • Энергия = 1,15 В 12 моль 96485 Кл/моль (постоянная Фарадея) = 1,15 12 96485 = 1,33 МДж (или 1330 кДж).

   Таким образом, из одного моля этанола мы можем получить примерно 1,33 МДж энергии.

2. Стандартный потенциал анода: Стандартный потенциал анода можно найти, если знать стандартный потенциал катода. Обычно для этанольного топливного элемента стандартный потенциал катода (восстановление кислорода) около 0,4 В. Тогда стандартный потенциал анода можно вычислить по формуле:

   • ЭДС = Екатода - Еанода.
   • 1,15 В = 0,4 В - Еанода.
   • Еанода = 0,4 В - 1,15 В = -0,75 В.

   Так что стандартный потенциал анода примерно -0,75 В.

3. КПД двигателя внутреннего сгорания: Теперь о КПД. Теплота сгорания этанола равна 1370 кДж/моль. Чтобы система с двигателем внутреннего сгорания могла конкурировать с топливным элементом, нужно, чтобы КПД системы был таким, чтобы получаемая энергия была не меньше, чем 1330 кДж, получаемая в топливном элементе.

   Мы можем установить уравнение для КПД:

   • КПД = (полученная энергия / теплоту сгорания) * 100%.
   • КПД = (1330 кДж / 1370 кДж) * 100% ≈ 97,1%.

   Таким образом, КПД системы с двигателем внутреннего сгорания должен быть около 97,1%, чтобы конкурировать с топливным элементом.

Надеюсь, это помогло! Если есть еще вопросы, не стесняйся спрашивать!