Kalorymetria i przepływ ciepła: przepracowane problemy chemiczne

Kalorymetria to badanie wymiany ciepła i zmian stanu wynikających z reakcji chemicznych, przemian fazowych lub zmian fizycznych. Narzędziem używanym do pomiaru zmiany ciepła jest kalorymetr. Dwa popularne rodzaje kalorymetrów to kalorymetr na filiżankę kawy i kalorymetr bombowy.

Problemy te pokazują, jak obliczyć przenikanie ciepła i zmiana entalpii za pomocą danych kalorymetrycznych. Podczas pracy nad tymi problemami zapoznaj się z sekcjami filiżanka do kawy i kalorymetria bomb i prawa termochemii.

Następująca reakcja kwasowo-zasadowa jest przeprowadzana w kalorymetrze filiżanki kawy:

• H.⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

Temperatura 110 g wody wzrasta z 25,0 C do 26,2 C, gdy 0,10 mola H⁺ reaguje z 0,10 mol OH^-.

• Oblicz q_woda
• Obliczyć ΔH dla reakcji
• Obliczyć ΔH, jeśli 1,00 mol OH^- reaguje z 1,00 mol H⁺

Użyj tego równania:

• q = (ciepło właściwe) x m x Δt

Gdzie q jest przepływem ciepła, m jest masa w gramach, a ist to zmiana temperatury. Podłączając wartości podane w problemie, otrzymujesz:

• q_woda = 4,18 (J / g · C;) x 110 g x (26,6 C - 25,0 C)
• q_woda = 550 J
• ΔH = - (q_woda) = - 550 J

Wiesz, że gdy 0,010 mola H⁺ lub OH^- reaguje, ΔH wynosi - 550 J:

• 0,010 mol H.⁺ ~ -550 J

Dlatego dla 1,00 mola H⁺ (lub OH^-):

• ΔH = 1,00 mol H.⁺ x (-550 J / 0,010 mol H⁺)
• ΔH = -5,5 x 10⁴ jot
• ΔH = -55 kJ

• 550 J (Pamiętaj, aby mieć dwa znaczące liczby.)
• -550 J
• -55 kJ

Gdy próbka 1000 g hydrazyny na paliwo rakietowe, N₂H.₄, spala się w kalorymetrze bombowym, który zawiera 1200 g wody, temperatura wzrasta od 24,62 C do 28,16 C. Jeśli C dla bomby wynosi 840 J / C, oblicz:

• q_odczyn do spalania 1-gramowej próbki
• q_odczyn do spalania jednego mola hydrazyny w kalorymetrze bombowym

W przypadku kalorymetru bombowego użyj tego równania:

• q_odczyn = - (qwater + qbomb)
• q_odczyn = - (4,18 J / g · C x woda x Δt + C x Δt)
• q_odczyn = - (4,18 J / g · C x woda + C) Δt

Gdzie q jest przepływem ciepła, m jest masą w gramach, a Δt jest zmianą temperatury. Podanie wartości podanych w problemie:

• q_odczyn = - (4,18 J / g · C x 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
• q_odczyn = -20,700 J lub -20,7 kJ

Wiesz już, że na każdy spalany gram hydrazyny wydzielane jest 20,7 kJ ciepła. Używając układ okresowy dostać ciężary atomowe, obliczyć ten jeden mol hydrazyny, N₂H.₄, masa 32,0 g. Dlatego do spalania jednego mola hydrazyny:

• q_odczyn = 32,0 x -20,7 kJ / g
• q_odczyn = -662 kJ

• -20,7 kJ
• -662 kJ