Kalorimetrie a tepelný tok: Pracovní chemie

Kalorimetrie je studium přenosu tepla a změn stavu vyplývajících z chemických reakcí, fázových přechodů nebo fyzikálních změn. Nástrojem k měření změny tepla je kalorimetr. Dva populární typy kalorimetrů jsou kalorimetr kávy a kalorimetr bomby.

Tyto problémy ukazují, jak vypočítat přenos tepla a změna entalpie pomocí kalorimetrických dat. Při řešení těchto problémů si přečtěte oddíly na šálek kávy a kalorimetrie bomby a zákony termochemie.

V kalorimetru šálku kávy se provádí následující acidobazická reakce:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

Teplota 110 g vody stoupne z 25,0 ° C na 26,2 ° C, když 0,10 mol H⁺ reaguje s 0,10 mol OH^-.

• Vypočítat q_voda
• Vypočítejte pro reakci AH
• Vypočítá se H, pokud 1,00 mol OH^- reaguje s 1,00 mol H⁺

Použijte tuto rovnici:

• q = (měrné teplo) x m x Δt

Kde q je tepelný tok, m je hmotnost v gramecha Δt je změna teploty. Připojením hodnot uvedených v problému získáte:

• 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

Víte, že když 0,010 mol H⁺ nebo OH^- reaguje, AH je - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Proto pro 1,00 mol H⁺ (nebo OH^-):

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

• 550 J (Nezapomeňte mít dvě významná čísla.)
• -550 J
• -55 kJ

Pokud je vzorek hydrazinového paliva s obsahem 1 000 g, N₂H₄je spálen v kalorimetru bomby, který obsahuje 1200 g vody, teplota stoupá z 24,62 ° C na 28,16 ° C. Pokud je C pro bombu 840 J / C, vypočítejte:

• q_reakce pro spalování 1 gramového vzorku
• q_reakce pro spalování jednoho molu hydrazinu v kalorimetru bomby

Pro kalorimetr bomby použijte tuto rovnici:

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

Kde q je tepelný tok, m je hmotnost v gramech a Δt je změna teploty. Zapojení hodnot uvedených v problému:

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

Nyní víte, že 20,7 kJ tepla se vyvíjí na každý gram spáleného hydrazinu. Za použití periodická tabulka dostat atomové hmotnosti, vypočítat jeden mol hydrazinu, N₂H₄, hmotnost 32,0 g. Proto pro spalování jednoho molu hydrazinu:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ