Kalorimetrija i protok topline: problemi kemije u radu

Kalorimetrija je proučavanje prijenosa topline i promjena stanja koje proizlaze iz kemijskih reakcija, faznih prijelaza ili fizičkih promjena. Alat koji se koristi za mjerenje promjene topline je kalorimetar. Dvije popularne vrste kalorimetra su kalorimetar za šalicu kave i kalorimetar za bombu.

Ovi problemi pokazuju kako izračunati prijenos topline i promjena entalpije koristeći podatke kalorimetra. Dok radite s tim problemima, pregledajte odjeljke na šalica kave i kalorimetrija bombe i the zakoni termokemije.

Sljedeća kiselinsko-bazna reakcija provodi se u kalorimetru u čašici s kavom:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

Temperatura 110 g vode raste s 25.0 C na 26.2 C kada je 0.10 mola H⁺ reagira s 0,10 mola OH^-.

• Izračunajte q_voda
• Izračunajte ΔH za reakciju
• Izračunajte ΔH ako 1,00 mol OH^- reagira s 1,00 mol H⁺

Upotrijebite ovu jednadžbu:

• q = (određena toplina) x m x Δt

Gdje je q protok topline, m je masa u gramima, a Δt je promjena temperature. Uključite li vrijednosti navedene u problemu, dobivate:

• 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

Znate to kad 0,010 mola H⁺ ili OH^- reagira, ΔH je - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Dakle, za 1,00 mol H⁺ (ili OH^-):

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

• 550 J (Obavezno ima dva značajne brojke.)
• -550 J
• -55 kJ

Kad je 1.000 g uzorka hidrazina raketnog goriva, N₂H₄, spaljena je u kalorimetru s bombom, koja sadrži 1.200 g vode, temperatura raste od 24.62 C do 28.16 C. Ako je C za bombu 840 J / C, izračunajte:

• q_reakcija za izgaranje uzorka od 1 grama
• q_reakcija za izgaranje jednog mola hidrazina u kalorimetru bombe

Za kalorimetar bombe upotrijebite ovu jednadžbu:

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

Gdje je q protok topline, m je masa u gramima, a Δt promjena temperature. Uključite vrijednosti navedene u problemu:

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

Sada znate da se za svaki gram hidrazina koji sagorijeva razvija 20,7 kJ topline. Koristiti periodni sustav elemenata dobiti atomske težine, izračunajte da je jedan mol hidrazina, N₂H₄, težina 32,0 g. Stoga za izgaranje jednog mola hidrazina:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ