Kalorimetria ja lämpövirta: Toimivat kemian ongelmat

calorimetry on lämmönsiirron ja tilan muutosten tutkimus, joka johtuu kemiallisista reaktioista, vaihesiirtymistä tai fysikaalisista muutoksista. Lämpömuutoksen mittaamiseen käytetty työkalu on kalorimetri. Kaksi suosittua kalorimetrityyppiä ovat kahvikupin kalorimetri ja pommin kalorimetri.

Nämä ongelmat osoittavat kuinka voidaan laskea lämmönsiirto ja entalpian muutos käyttämällä kalorimittaritietoja. Kun käsittelet näitä ongelmia, katso osiot kohdasta kahvikuppi ja pommin kalorimetria ja lämpökemian lait.

Seuraava happo-emäsreaktio suoritetaan kahvikupin kalorimetrissä:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

110 g veden lämpötila nousee 25,0 ° C: sta 26,2 ° C: seen, kun 0,10 mol H: ta⁺ saatetaan reagoimaan 0,10 moolin kanssa OH^-.

• Laske q_vesi
• Laske AH reaktiolle
• Laske ΔH, jos 1,00 moolia OH^- reagoi 1,00 mol H: n kanssa⁺

Käytä tätä yhtälöä:

• q = (ominaislämpö) x m x AT

Missä q on lämpövirta, m on massa grammoina, ja Δt on lämpötilan muutos. Kytkemällä ongelmaan annetut arvot saat:

• 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

Tiedät, että kun 0,010 mol H⁺ tai OH^- reagoi, ΔH on - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Siksi 1,00 moolille H⁺ (tai OH^-):

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

• 550 J (Varmista, että sinulla on kaksi merkittäviä lukuja.)
• -550 J
• -55 kJ

Kun 1000 g: n näyte rakettipolttoaineen hydratsiinista, N₂H₄, poltetaan pommin kalorimetrissä, joka sisältää 1200 g vettä, lämpötila nousee 24,62 C: sta 28,16 C: seen. Jos pommin C on 840 J / C, laske:

• q_reaktio 1 gramman näytteen polttamiseksi
• q_reaktio yhden moolin hydratsiinin polttamiseksi pommin kalorimetrissä

Käytä pommia kalorimetrissä seuraavaa yhtälöä:

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

Missä q on lämpövirta, m on massa grammoina ja ,t on lämpötilan muutos. Kytkemällä ongelmaan annetut arvot:

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

Tiedät nyt, että 20,7 kJ lämpöä kehittyy jokaiselle palaneen hydratsiinigrammalle. Käyttämällä jaksollinen järjestelmä saada atomipainotlasketaan, että yksi mooli hydratsiinia, N₂H₄, paino 32,0 g. Siksi yhden moolin hydratsiinin polttamiseksi:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ