Wissenschaft

Kalorimetrie und Wärmefluss: Probleme mit der chemischen Chemie

Kalorimetrie ist die Untersuchung der Wärmeübertragung und Zustandsänderungen, die aus chemischen Reaktionen, Phasenübergängen oder physikalischen Änderungen resultieren. Das zur Messung der Wärmeänderung verwendete Werkzeug ist das Kalorimeter. Zwei beliebte Arten von Kalorimetern sind das Kaffeetassenkalorimeter und das Bombenkalorimeter.

Diese Probleme zeigen, wie die Wärmeübertragung und die Enthalpieänderung unter Verwendung von Kalorimeterdaten berechnet werden. Lesen Sie während der Bearbeitung dieser Probleme die Abschnitte zur Kalorimetrie von Kaffeetassen und Bomben sowie die Gesetze der Thermochemie .

Kaffeetasse Kalorimetrie Problem

Die folgende Säure-Base-Reaktion wird in einem Kaffeetassenkalorimeter durchgeführt:

  • H + (aq) + OH (aq) → H 2 O (l)

Die Temperatur von 110 g Wasser steigt von 25,0 ° C auf 26,2 ° C, wenn 0,10 Mol H + mit 0,10 Mol OH – umgesetzt werden .

  • Berechnen Sie q Wasser
  • Berechnen Sie ΔH für die Reaktion
  • Berechnen Sie ΔH, wenn 1,00 mol OH mit 1,00 mol H + reagiert

Lösung

Verwenden Sie diese Gleichung:

Wobei q der Wärmefluss ist, m die Masse in Gramm ist und Δt die Temperaturänderung ist. Wenn Sie die im Problem angegebenen Werte eingeben, erhalten Sie:

  • q Wasser=4,18 (J / g · C;) × 110 g × (26,6 ° C – 25,0 ° C)
  • q Wasser=550 J.
  • ΔH=- (q Wasser )=- 550 J.

Sie wissen, dass ΔH – 550 J beträgt , wenn 0,010 Mol H + oder OH reagieren:

  • 0,010 mol H + ~ -550 J.

Daher für 1,00 Mol H + (oder OH ):

  • ΔH=1,00 mol H + x (-550 J / 0,010 mol H + )
  • & Delta; H=-5,5 x 10 4 J
  • ΔH=-55 kJ

Antworten

Bombenkalorimetrieproblem

Wenn eine Probe von 1.000 g des Raketentreibstoffhydrazins N 2 H 4 in einem Bombenkalorimeter verbrannt wird, das 1.200 g Wasser enthält, steigt die Temperatur von 24,62 ° C auf 28,16 ° C. Wenn das C für die Bombe 840 J / beträgt. C, berechne:

  • q Reaktion  zur Verbrennung einer 1-Gramm-Probe
  • q Reaktion  zur Verbrennung von einem Mol Hydrazin im Bombenkalorimeter

Lösung

Verwenden Sie für ein Bombenkalorimeter die folgende Gleichung:

  • q Reaktion  = – ( q Wasser + q Bombe)
  • q Reaktion  = – (4,18 J / g · C x m Wasser x Δt + C x Δt)
  • q Reaktion  = – (4,18 J / g · C x m Wasser + C) Δt

Wobei q der Wärmefluss ist, m die Masse in Gramm ist und Δt die Temperaturänderung ist. Einstecken der im Problem angegebenen Werte:

  • q Reaktion  = – (4,18 J / g · C · 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
  • q Reaktion  = -20.700 J oder -20,7 kJ

Sie wissen jetzt, dass für jedes Gramm verbranntes Hydrazin 20,7 kJ Wärme freigesetzt werden. Berechnen Sie anhand des  Periodensystems  zur  Ermittlung der Atomgewichte ein Mol Hydrazin, N 2 H 4 , Gewicht 32,0 g. Daher für die Verbrennung von einem Mol Hydrazin:

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

Antworten

  • -20,7 kJ
  • -662 kJ

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