Calorimétrie et flux de chaleur: problèmes de chimie travaillée

Calorimétrie est l'étude du transfert de chaleur et des changements d'état résultant de réactions chimiques, de transitions de phase ou de changements physiques. L'outil utilisé pour mesurer le changement de chaleur est le calorimètre. Deux calorimètres populaires sont le calorimètre à tasse à café et le calorimètre à bombe.

Ces problèmes montrent comment calculer le transfert de chaleur et changement d'enthalpie en utilisant les données du calorimètre. Tout en résolvant ces problèmes, consultez les sections sur calorimétrie tasse à café et bombe et le lois de la thermochimie.

La réaction acide-base suivante est effectuée dans un calorimètre à tasse de café:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

La température de 110 g d'eau passe de 25,0 C à 26,2 C lorsque 0,10 mol d'H⁺ est mis à réagir avec 0,10 mole de OH^-.

• Calculez q_l'eau
• Calculer ΔH pour la réaction
• Calculer ΔH si 1,00 mol OH^- réagit avec 1,00 mol H⁺

Utilisez cette équation:

• q = (chaleur spécifique) x m x Δt

Où q est le flux de chaleur, m est masse en grammes, et Δt est le changement de température. En branchant les valeurs données dans le problème, vous obtenez:

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

Vous savez que lorsque 0,010 mole de H⁺ ou OH^- réagit, ΔH est - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Par conséquent, pour 1,00 mole de H⁺ (ou OH^-):

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

• 550 J (assurez-vous d'en avoir deux chiffres significatifs.)
• -550 J
• -55 kJ

Lorsqu'un échantillon de 1 000 g d'hydrazine de carburant de fusée, N₂H₄, est brûlé dans un calorimètre à bombe, qui contient 1200 g d'eau, la température passe de 24,62 C à 28,16 C. Si le C de la bombe est de 840 J / C, calculez:

• q_réaction pour la combustion d'un échantillon de 1 gramme
• q_réaction pour la combustion d'une mole d'hydrazine dans le calorimètre de la bombe

Pour un calorimètre à bombe, utilisez cette équation:

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

Où q est le flux de chaleur, m est la masse en grammes et Δt est le changement de température. Brancher les valeurs données dans le problème:

• q_réaction = - (4,18 J / g · C x 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
• q_réaction = -20 700 J ou -20,7 kJ

Vous savez maintenant que 20,7 kJ de chaleur sont dégagés pour chaque gramme d'hydrazine brûlé. En utilisant le tableau périodique obtenir poids atomiques, calculer qu'une mole d'hydrazine, N₂H₄, poids 32,0 g. Par conséquent, pour la combustion d'une mole d'hydrazine:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ