Kalorimetrija ir šilumos srautas: dirbtos chemijos problemos

Kalorimetrija yra šilumos perdavimo ir būsenos pokyčių, atsirandančių dėl cheminių reakcijų, fazių perėjimo ar fizinių pokyčių, tyrimas. Įrankis, naudojamas šilumos pokyčiams matuoti, yra kalorimetras. Du populiarūs kalorimetrų tipai yra kavos puodelio kalorimetras ir bombos kalorimetras.

Šios problemos parodo, kaip apskaičiuoti šilumos perdavimą ir entalpijos pokytis naudojant kalorimetro duomenis. Dirbdami su šiomis problemomis, peržiūrėkite skyrius kavos puodelis ir bombos kalorimetrija ir termochemijos dėsniai.

Kavos puodelio kalorimetre vykdoma tokia rūgšties ir šarmo reakcija:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

110 g vandens temperatūra pakyla nuo 25,0 C iki 26,2 C, kai 0,10 mol H⁺ reaguojama su 0,10 mol OH^-.

• Apskaičiuokite q_vandens
• Apskaičiuokite reakcijos ΔH
• Apskaičiuokite ΔH, jei 1,00 mol OH^- reaguoja su 1,00 mol H⁺

Naudokite šią lygtį:

• q = (specifinė šiluma) x m x Δt

Kur q yra šilumos srautas, m yra masė gramais, o Δt yra temperatūros pokytis. Prijungę prie problemos nurodytas vertes, gausite:

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

Jūs žinote, kad kai 0,010 mol H⁺ arba OH^- reaguoja, ΔH yra - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Todėl 1,00 mol H⁺ (arba OH^-):

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

• 550 J (būtinai turėkite du reikšmingi skaičiai.)
• -550 J
• -55 kJ

Kai 1000 g raketinio kuro hidrazino mėginio, N₂H₄, sudeginamas bombos kalorimetre, kuriame yra 1200 g vandens, temperatūra pakyla nuo 24,62 C iki 28,16 C. Jei bombos C yra 840 J / C, apskaičiuokite:

• q_reakcija 1 gramo mėginio sudeginimui
• q_reakcija skirtas deginti vieną molį hidrazino bombos kalorimere

Bombos kalorimetrui naudokite šią lygtį:

• q_reakcija = - („qwater + qbomb“)
• q_reakcija = - (4,18 J / g · C x vandens vandens x Δt + C x Δt)
• q_reakcija = - (4,18 J / g · C x vanduo + C) t

Kai q yra šilumos srautas, m yra masė gramais, o Δ - temperatūros pokytis. Problemoje nurodytų verčių prijungimas:

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

Dabar jūs žinote, kad kiekvienam sudegusio hidrazino gramui išsiskiria 20,7 kJ šilumos. Naudojant Periodinė elementų lentelė gauti atominiai svoriai, apskaičiuokite, kad vienas molinis hidrazinas, N₂H₄, svoris 32,0 g. Todėl, norint sudeginti vieną molį hidrazino:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ