Θερμιδομετρία και ροή θερμότητας: Προβλήματα εργαστηριακής χημείας

Θερμιδομετρία είναι η μελέτη της μεταφοράς θερμότητας και των αλλαγών της κατάστασης που προκύπτουν από χημικές αντιδράσεις, μεταβάσεις φάσεων ή φυσικές αλλαγές. Το εργαλείο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αλλαγής θερμότητας είναι το θερμιδόμετρο. Δύο δημοφιλείς τύποι θερμιδόμετρων είναι το θερμιδόμετρο καφέ και το θερμιδόμετρο βόμβας.

Αυτά τα προβλήματα καταδεικνύουν τον τρόπο υπολογισμού της μεταφοράς θερμότητας και αλλαγή ενθαλπίας χρησιμοποιώντας δεδομένα θερμιδόμετρου. Κατά την επεξεργασία αυτών των προβλημάτων, αναθεωρήστε τις ενότητες φλιτζάνι καφέ και θερμιδομετρία βόμβας και το νόμους της θερμοχημείας.

Η ακόλουθη αντίδραση όξινης βάσης διεξάγεται σε ένα θερμιδόμετρο καφέ φλιτζάνι:

• H⁺(υδατ.) + ΟΗ^-(aq) → Η₂O (l)

Η θερμοκρασία 110 g νερού αυξάνεται από 25,0 ° C σε 26,2 ° C όταν 0,10 mol Η⁺ αντιδρά με 0,10 mol ΟΗ^-.

• Υπολογίστε q_νερό
• Υπολογίστε ΔH για την αντίδραση
• Υπολογίστε ΔΗ αν είναι 1,00 mol ΟΗ^- αντιδρά με 1,00 mol Η⁺

Χρησιμοποιήστε αυτήν την εξίσωση:

• q = (συγκεκριμένη θερμότητα) x m x Δt

Όπου q είναι η θερμική ροή, το m είναι μάζα σε γραμμάρια, και Δt είναι η αλλαγή θερμοκρασίας. Συνδέοντας τις τιμές που δίνονται στο πρόβλημα, θα λάβετε:

• q_νερό = 4,18 (J / g · C;) χ 110 g χ (26,6 ° C - 25,0 ° C)
• q_νερό = 550 J
• ΔΗ = - (q_νερό) = - 550 J

Ξέρετε ότι όταν 0,010 mol Η⁺ ή ΟΗ^- αντιδρά, ΔΗ είναι - 550 J:

• 0,010 mol Η⁺ ~ -550 J

Συνεπώς, για 1,00 mol Η⁺ (ή ΟΗ^-):

• ΔΗ = 1,00 mol Η⁺ χ (-550 J / 0,010 mol Η⁺)
• ΔΗ = -5,5 χ 10⁴ J
• ΔΗ = -55 kJ

• 550 J (Βεβαιωθείτε ότι έχετε δύο παραδειγματικές φυγούρες.)
• -550 J
• -55 kJ

Όταν ένα δείγμα 1.000 g της υδραζίνης καυσίμου πυραύλων, N₂H₄, καίγεται σε ένα θερμιδόμετρο βόμβας, το οποίο περιέχει 1.200 g νερού, η θερμοκρασία αυξάνεται από 24.62 C σε 28.16 C. Αν το C για τη βόμβα είναι 840 J / C, υπολογίστε:

• q_{αντίδραση} για την καύση δείγματος 1 γραμμαρίου
• q_{αντίδραση} για την καύση ενός γραμμομορίου υδραζίνης στο θερμιδόμετρο βομβών

Για ένα θερμιδόμετρο βόμβας, χρησιμοποιήστε αυτήν την εξίσωση:

• q_{αντίδραση} = - (qwater + qbomb)
• q_{αντίδραση} = - (4,18 J / g · Cx mwater χ Δt + Cx Δt)
• q_{αντίδραση} = - (4,18 J / g · C x νερό + C) Δt

Όπου q είναι η θερμική ροή, m είναι η μάζα σε γραμμάρια, και Δt είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας. Συνδέοντας τις τιμές που δίνονται στο πρόβλημα:

• q_{αντίδραση} = - (4,18 J / g · C χ 1200 g + 840 J / C) (3,54 ° C)
• q_{αντίδραση} = -20,700 J ή -20,7 kJ

Τώρα γνωρίζετε ότι 20,7 kJ θερμότητας εξελίσσεται για κάθε γραμμάριο υδραζίνης που καίγεται. Χρησιμοποιώντας την Περιοδικός Πίνακας να πάρω ατομικά βάρη, υπολογίστε ότι ένα γραμμομόριο υδραζίνης, Ν₂H₄, βάρος 32,0 g. Συνεπώς, για την καύση ενός γραμμομορίου υδραζίνης:

• q_{αντίδραση} = 32,0 χ-20,7 kJ / g
• q_{αντίδραση} = -662 kJ

• -20,7 kJ
• -662 kJ