Chemistry Labs

問題 1

新しい冷媒と忘れられた古い冷媒。モデル冷凍サイクルで冷媒を熱力学的に比較する：液体冷媒が定圧 p1p_1・温度 T1T_1 で沸騰し（熱 QQ を吸収）、蒸気を可逆断熱圧縮して T2T_2 まで昇温し（仕事 WW）、定圧 p2p_2 で冷却して初期状態に戻る。冷媒 1 mol、T1=280T_1 = 280 K、T2=380T_2 = 380 K、蒸気は理想気体とする：NHX3\ce{NH3} — ΔHvap=21.3\Delta H_{vap} = 21.3 kJ mol−1^{-1}、CV(気)=26.7C_V(\text{気}) = 26.7 J K−1^{-1} mol−1^{-1}；CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} — 20.020.0 kJ mol−1^{-1}・48.848.8 J K−1^{-1} mol−1^{-1}；CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} — 22.122.1 kJ mol−1^{-1}・7979 J K−1^{-1} mol−1^{-1}；CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} — 19.119.1 kJ mol−1^{-1}・120120 J K−1^{-1} mol−1^{-1}。(a) NHX3\ce{NH3} と CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} の QQ と WW を計算せよ。(b) 成績係数 COP=Q/WCOP = Q/W を両冷媒について計算せよ。(c) CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} と CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} の COP を計算せよ。CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} に比べて効率は向上したか。
ステップ 4/4: 第3・第4世代冷媒のCOP
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COP(CFX3CHX2F)=22.179×100×10−3=2.80,COP(CFX3CF=CHX2)=19.1120×100×10−3=1.59⇒NoCOP(\ce{CF3CH2F}) = \dfrac{22.1}{79 \times 100 \times 10^{-3}} = 2.80,\quad COP(\ce{CF3CF=CH2}) = \dfrac{19.1}{120 \times 100 \times 10^{-3}} = 1.59 \Rightarrow \text{No}
分析

同じ計算で CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} は COP=2.80COP = 2.80、CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} は 1.591.59 — ともに4.10未満であり、新世代は CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} よりエネルギー効率を改善していない。採用理由は環境面（オゾン層・温室効果）。

よくある誤り. CVC_V は J K−1^{-1} mol−1^{-1} なので kJ への換算を忘れないこと。10−310^{-3} を忘れると WW が1000倍になりCOPが壊れる。