Kalorimetri og varmestrøm: Arbejdede kemiske problemer

kalorimetri er studiet af varmeoverførsel og tilstandsændringer som følge af kemiske reaktioner, faseovergange eller fysiske ændringer. Værktøjet, der bruges til at måle varmeændring, er kalorimeteret. To populære typer kalorimeter er kaffekoppens kalorimeter og bomberkalorimeter.

Disse problemer viser, hvordan man beregner varmeoverførsel og entalpi ændring ved hjælp af kalorimeterdata. Mens du arbejder med disse problemer, skal du gennemgå sektionerne om kaffekop og bombe kalorimetri og love om termokemi.

Følgende syre-base-reaktion udføres i et kaffekop-kalorimeter:

• H⁺(vandig) + OH^-(aq) → H₂O (l)

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

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

Brug denne ligning:

• q = (specifik varme) x m x Δt

Hvor q er varmestrøm, er m masse i gram, og det er temperaturændringen. Når du tilslutter de værdier, der er angivet i problemet, får du:

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

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

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Derfor for 1,00 mol H⁺ (eller OH^-):

• 1H = 1,00 mol H⁺ x (-550 J / 0,01 mol H)⁺)
• ΔH = -5,5 x 10⁴ J
• ΔH = -55 kJ

• 550 J (Sørg for at have to signifikante tal.)
• -550 J
• -55 kJ

Når en prøve af 1.000 g raketbrændstof hydrazin, N₂H₄, brændes i en bombe kalorimeter, der indeholder 1.200 g vand, temperaturen stiger fra 24.62 C til 28.16 C. Hvis C for bomben er 840 J / C, beregne:

• q_reaktion til forbrænding af en prøve på 1 gram
• q_reaktion til forbrænding af en mol hydrazin i bombekalorimeteret

Brug en ligning til en bomkalorimeter:

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

Hvor q er varmestrøm, er m masse i gram, og ist er temperaturændringen. Tilslutning af værdierne, der er angivet i problemet:

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

Du ved nu, at der udvikles 20,7 kJ varme for hvert gram hydrazin, der brændes. Bruger periodiske system at få atomvægteberegner, at en mol hydrazin, N₂H₄, vægt 32,0 g. Derfor til forbrænding af en mol hydrazin:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ