Kalorimetrija in toplotni tok: težave s kemijo

Kalorimetrija je študija prenosa toplote in sprememb stanja, ki so posledica kemičnih reakcij, faznih prehodov ali fizičnih sprememb. Orodje, ki se uporablja za merjenje spremembe toplote, je kalorimeter. Dve priljubljeni vrsti kalorimetrov sta kalorimetrska skodelica za kavo in kalorimeter bombe.

Te težave prikazujejo, kako izračunati prenos toplote in sprememba entalpije z uporabo kalorimetrskih podatkov. Med delovanjem teh težav preglejte razdelke na kavna skodelica in kalorimetrija bombe in zakoni termokemije.

Naslednja kislinsko-bazna reakcija se izvede v kalorimetru za kavno skodelico:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

Temperatura 110 g vode se dvigne s 25,0 C na 26,2 C, ko 0,10 mol H⁺ reagiramo z 0,10 mol OH^-.

• Izračunaj q_voda
• Izračunajte ΔH za reakcijo
• Izračunajte ΔH, če 1,00 mol OH^- reagira z 1,00 mol H⁺

Uporabi to enačbo:

• q = (Specifična toplota) x m x Δt

Kjer je q pretok toplote, je m masa v gramih, in Δt je sprememba temperature. Če vključite vrednosti, navedene v težavi, dobite:

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

To veste, ko 0,010 mol H⁺ ali OH^- reagira, ΔH je - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Zato za 1,00 mol H⁺ (ali OH^-):

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

• 550 J (Bodite prepričani, da imate dve pomembne številke.)
• -550 J
• -55 kJ

Pri vzorcu 1.000 g hidrazina za raketno gorivo, N₂H₄, sežge v kalorimetru z bombo, ki vsebuje 1200 g vode, temperatura se dvigne s 24,62 C na 28,16 C. Če je C za bombo 840 J / C, izračunajte:

• q_reakcija za zgorevanje 1-gramskega vzorca
• q_reakcija za zgorevanje enega mola hidrazina v kalorimetru bombe

Za kalorimeter bombe uporabite to enačbo:

• q_reakcija = - (qwater + qbomb)
• q_reakcija = - (4,18 J / g · C x morska voda x Δt + C x Δt)
• q_reakcija = - (4,18 J / g · C x m vode + C) Δt

Kjer je q toplotni tok, m masa v gramih in Δt sprememba temperature. Vključite vrednosti, navedene v težavi:

• q_reakcija = - (4,18 J / g · C x 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
• q_reakcija = -20.700 J ali -20.7 kJ

Zdaj veste, da se za vsak zgoreli gram hidrazina razvije 20,7 kJ toplote. Uporabljati periodična tabela dobiti atomske uteži, izračunajte, da je en mol hidrazina, N₂H₄, teža 32,0 g. Zato za zgorevanje enega mola hidrazina:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ