Calorimetria e flusso di calore: problemi di chimica lavorata

calorimetria è lo studio del trasferimento di calore e dei cambiamenti di stato derivanti da reazioni chimiche, transizioni di fase o cambiamenti fisici. Lo strumento utilizzato per misurare il cambiamento di calore è il calorimetro. Due tipi popolari di calorimetri sono il calorimetro a tazza di caffè e il calorimetro a bomba.

Questi problemi dimostrano come calcolare il trasferimento di calore e cambiamento di entalpia utilizzando i dati del calorimetro. Mentre si risolvono questi problemi, rivedere le sezioni su calorimetria tazza di caffè e bomba e il leggi della termochimica.

La seguente reazione acido-base viene eseguita in un calorimetro a tazza di caffè:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

La temperatura di 110 g di acqua aumenta da 25,0 C a 26,2 C quando 0,10 mol di H⁺ viene fatto reagire con 0,10 mol di OH^-.

• Calcola q_acqua
• Calcola ΔH per la reazione
• Calcola ΔH se 1.00 mol OH^- reagisce con 1,00 mol h⁺

Usa questa equazione:

• q = (calore specifico) x m x Δt

Dove q è il flusso di calore, m è massa in grammie Δt è la variazione di temperatura. Collegando i valori indicati nel problema, si ottiene:

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

Lo sai che quando 0,010 mol di H⁺ o OH^- reagisce, ΔH è - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Pertanto, per 1,00 moli di H⁺ (o OH^-):

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

• 550 J (assicurati di averne due figure significative.)
• -550 J
• -55 kJ

Quando un campione di 1.000 g di idrossido di carburante per missili, N₂H₄, viene bruciato in un calorimetro a bomba, che contiene 1.200 g di acqua, la temperatura sale da 24,62 C a 28,16 C. Se la C per la bomba è 840 J / C, calcola:

• q_reazione per la combustione di un campione da 1 grammo
• q_reazione per la combustione di una mole di idrazina nel calorimetro della bomba

Per un calorimetro a bomba, usa questa equazione:

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

Dove q è il flusso di calore, m è la massa in grammi e Δt è la variazione di temperatura. Inserimento dei valori indicati nel problema:

• q_reazione = - (4,18 J / g · C x 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
• q_reazione = -20.700 J o -20.7 kJ

Ora sai che 20,7 kJ di calore si evolvono per ogni grammo di idrazina che viene bruciata. Usando il tavola periodica ottenere pesi atomici, calcola quella mole di idrazina, N₂H₄, peso 32,0 g. Pertanto, per la combustione di una talpa di idrazina:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ