Kalorimeetria ja soojusvoog: töötatud keemia probleemid

Kalorimeetria on soojusülekande ja oleku muutuste uurimine, mis tulenevad keemilistest reaktsioonidest, faasisiiretest või füüsikalistest muutustest. Soojusmuutuse mõõtmiseks kasutatav tööriist on kalorimeeter. Kaks populaarset tüüpi kalorimeetreid on kohvitassi kalorimeeter ja pommi kalorimeeter.

Need probleemid näitavad, kuidas arvutada soojusülekannet ja entalpia muutus kalorimeetri andmete kasutamine. Nende probleemide lahendamise ajal vaadake läbi jaotised kohvitassi ja pommi kalorimeetria ja termokeemia seadused.

Järgmine happe-aluse reaktsioon viiakse läbi kohvitassi kalorimeetris:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

110 g vee temperatuur tõuseb temperatuurilt 25,0 ° C kuni 26,2 ° C, kui 0,10 mol H⁺ reageeriti 0,10 mol OH-ga^-.

• Arvutage q_vesi
• Arvutage reaktsiooni jaoks ΔH
• Arvutage ΔH, kui 1,00 mol OH^- reageerib 1,00 mol H-ga⁺

Kasutage seda võrrandit:

• q = (spetsiifiline kuumus) x m x Δt

Kus q on soojusvoog, m on mass grammidesja Δt on temperatuuri muutus. Kui ühendate probleemis esitatud väärtused, saate:

• q_vesi = 4,18 (J / g ° C;) x 110 g x (26,6 ° C - 25,0 ° C)
• q_vesi = 550 J
• AH = - (q_vesi) = - 550 J

Teate seda siis, kui 0,010 mol H⁺ või OH^- reageerib, ΔH on - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Seetõttu 1,00 mooli H kohta⁺ (või OH^-):

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

• 550 J (kindlasti on kaks olulised arvud.)
• -550 J
• -55 kJ

Kui raketikütuse hüdrasiini proov on 1000 g, N₂H₄, põletatakse pommi kalorimeetris, mis sisaldab 1200 g vett, temperatuur tõuseb 24,62 C-lt 28,16 C-ni. Kui pommi C on 840 J / C, arvutage:

• q_reaktsioon 1-grammise proovi põletamiseks
• q_reaktsioon ühe mooli hüdrasiini põlemiseks pommi kalorimeetris

Pommi kalorimeetri jaoks kasutage järgmist võrrandit:

• q_reaktsioon = - (qwater + qbomb)
• q_reaktsioon = - (4,18 J / g · C x m veekogus x Δt + C x Δt)
• q_reaktsioon = - (4,18 J / g · C x m vesi + C) tt

Kus q on soojusvoog, m on mass grammides ja Δt on temperatuuri muutus. Ühendage ülesandes toodud väärtused:

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

Nüüd teate, et iga põletatud hüdrasiini grammi kohta eraldub 20,7 kJ soojust. Kasutades perioodilisustabel saada aatommassid, arvutage, et üks mool hüdrasiini, N₂H₄, kaal 32,0 g. Seetõttu tuleb ühe mooli hüdrasiini põletamiseks:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ