Kalorimetri og varmestrøm: Arbeidte kjemiproblemer

kalorimetri er studiet av varmeoverføring og tilstandendringer som følge av kjemiske reaksjoner, faseoverganger eller fysiske forandringer. Verktøyet som brukes til å måle varmeendring er kalorimeter. To populære typer kalorimeter er kaffekoppens kalorimeter og bombe-kalorimeter.

Disse problemene viser hvordan man beregner varmeoverføring og entalpiendring ved bruk av kalorimeterdata. Når du arbeider med disse problemene, kan du lese seksjonene om kaffekopp og bombekalorimetri og lover for termokjemi.

Følgende syre-basereaksjon utføres i et kaffekopp kalorimeter:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

Temperaturen på 110 g vann stiger fra 25,0 C til 26,2 C når 0,10 mol H⁺ omsettes med 0,10 mol OH^-.

• Beregn q_vann
• Beregn ΔH for reaksjonen
• Beregn ΔH hvis 1,00 mol OH^- reagerer med 1,00 mol H⁺

Bruk denne ligningen:

• q = (spesifikk varme) x m x Δt

Hvor q er varmestrøm, er m masse i gram, og det er temperaturendringen. Når du kobler til verdiene som er gitt i problemet, får du:

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

Du vet at når 0,010 mol H⁺ eller OH^- reagerer, ΔH er - 550 J:

• 0,01 mol H⁺ ~ -550 J

Derfor for 1,00 mol H⁺ (eller OH^-):

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

• 550 J (Husk å ha to betydelige tall.)
• -550 J
• -55 kJ

Når en 1.000 g prøve av raketten brensel hydrazin, N₂H₄, brennes i en bombe kalorimeter, som inneholder 1 200 g vann, temperaturen stiger fra 24,62 C til 28,16 C. Hvis C for bomben er 840 J / C, beregner du:

• q_reaksjon for forbrenning av en prøve på 1 gram
• q_reaksjon for forbrenning av en mol hydrazin i bombekalorimeteret

For en bomkalorimeter, bruk denne ligningen:

• q_reaksjon = - (qwater + qbomb)
• q_reaksjon = - (4,18 J / g · C x vann x Δt + C x Δt)
• q_reaksjon = - (4,18 J / g · C x vann + C) Δt

Der q er varmestrøm, er m masse i gram, og ist er temperaturendringen. Koble til verdiene som er gitt i problemet:

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

Du vet nå at 20,7 kJ varme utvikles for hvert gram hydrazin som blir brent. Bruker periodiske tabell å få atomvekter, beregner at en mol hydrazin, N₂H₄, vekt 32,0 g. Derfor for forbrenning av en mol hydrazin:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ