Calorimetrie și flux de căldură: probleme de chimie lucrate

Calorimetrie este studiul transferului de căldură și schimbările de stare rezultate din reacții chimice, tranziții de fază sau modificări fizice. Instrumentul utilizat pentru măsurarea schimbărilor de căldură este calorimetrul. Două tipuri de calorimetre populare sunt calorimetrul cu ceașcă de cafea și calorimetrul cu bombă.

Aceste probleme demonstrează modul de calcul al transferului de căldură și schimbare de entalpie folosind date de calorimetru. În timp ce rezolvați aceste probleme, consultați secțiunile de pe ceașcă de cafea și calorimetrie cu bombă si legi ale termochimiei.

Următoarea reacție acid-bază se efectuează într-un calorimetru pentru ceașcă de cafea:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

Temperatura de 110 g de apă crește de la 25,0 C la 26,2 C când 0,10 mol de H⁺ se reacționează cu 0,10 mol OH^-.

• Calculați q_apă
• Calculați ΔH pentru reacție
• Se calculează ΔH dacă 1,00 mol OH^- reacționează cu 1,00 mol H⁺

Folosiți această ecuație:

• q = ((căldura specifică) x m x Δt

Unde q este flux de căldură, m este masa în grame, și ist este schimbarea de temperatură. Conectând valorile date în problemă, obțineți:

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

Știți că atunci când 0,010 mol de H⁺ sau OH^- reacționează, ΔH este - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Prin urmare, pentru 1,00 mol H⁺ (sau OH^-):

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

• 550 J (Asigurați-vă că aveți două cifre semnificative.)
• -550 J
• -55 kJ

Când o probă de 1.000 g de rachetă combustibil hidrazină, N₂H₄, este ars într-un calorimetru cu bombă, care conține 1.200 g de apă, temperatura crește de la 24,62 C la 28,16 C. Dacă C pentru bombă este 840 J / C, calculați:

• q_reacţie pentru arderea unei probe de 1 gram
• q_reacţie pentru arderea unui mol de hidrazină în calorimetrul cu bombă

Pentru un calorimetru cu bombă, utilizați această ecuație:

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

Unde q este flux de căldură, m este masa în grame, iar Δt este schimbarea temperaturii. Conectarea valorilor date în problemă:

• q_reacţie = - (4,18 J / g · C x 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
• q_reacţie = -20.700 J sau -20,7 kJ

Știți acum că 20,7 kJ de căldură este evoluat pentru fiecare gram de hidrazină care este arsă. Folosind tabelul periodic a obține greutăți atomice, calculați că o molă de hidrazină, N₂H₄, greutate 32,0 g. Prin urmare, pentru arderea unui mol de hidrazină:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ