Kalorimetri och värmeflöde: arbetade kemiproblem

Calorimetry är studien av värmeöverföring och tillståndsförändringar till följd av kemiska reaktioner, fasövergångar eller fysiska förändringar. Verktyget som används för att mäta värmeförändring är kalorimetern. Två populära typer av kalorimeter är kaffekoppskalorimeter och bombkalorimeter.

Dessa problem visar hur man beräknar värmeöverföring och entalpi förändring med hjälp av kalorimeterdata. När du arbetar med dessa problem, granska avsnitten om kaffekopp och bombkalorimetri och den termokemiska lagar.

Följande syrabasreaktion utförs i en kaffekoppskalorimeter:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

Temperaturen på 110 g vatten stiger från 25,0 ° C till 26,2 ° C när 0,10 mol H⁺ reageras med 0,10 mol OH^-.

• Beräkna q_vatten
• Beräkna ΔH för reaktionen
• Beräkna ΔH om 1,00 mol OH^- reagerar med 1,00 mol H⁺

Använd denna ekvation:

• q = (specifik värme) x m x Δt

Där q är värmeflöde, är m massa i gram, och det är temperaturförändringen. Om du kopplar in värdena som anges i problemet får du:

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

Du vet att när 0,010 mol H⁺ eller OH^- reagerar, ΔH är - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Därför för 1,00 mol H⁺ (eller OH^-):

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

• 550 J (Se till att ha två signifikanta siffror.)
• -550 J
• -55 kJ

När ett 1.000 g prov av raketbränslet hydrazin, N₂H₄, bränns i en bombkalorimeter, som innehåller 1 200 g vatten, temperaturen stiger från 24,62 C till 28,16 C. Om C för bomben är 840 J / C, beräkna:

• q_reaktion för förbränning av ett prov på 1 gram
• q_reaktion för förbränning av en mol hydrazin i bombkalorimetern

Använd en ekvation för en bombkalorimeter:

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

Där q är värmeflöde, är m massa i gram, och ist är temperaturförändringen. Ansluta värdena som anges 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 vet nu att 20,7 kJ värme utvecklas för varje gram hydrazin som bränns. Använda periodiska systemet att få atomvikter, beräkna att en mol hydrazin, N₂H₄vikt 32,0 g För förbränning av en mol hydrazin:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ