Introduksjon Til Kjemi

Vilkår

• kaffekoppkalorimeter et eksempel på konstanttrykkkalorimeter.
• adiabaticikke tillater overføring av varmeenergi; perfekt isolerende.
• konstanttrykkkalorimetmåler endringen i entalpi av en reaksjon som forekommer i oppløsning, der trykket forblir konstant.

Kalorimetri Med Konstant Trykk

et kalorimeter med konstant trykk måler endringen i entalpi av en reaksjon som forekommer i en flytende oppløsning. I så fall forblir det gassformige trykket over løsningen konstant, og vi sier at reaksjonen skjer under forhold med konstant trykk. Varmen som overføres til / fra løsningen for at reaksjonen skal skje, er lik endringen i entalpi (\Delta H = q_P), og et konstanttrykkskalorimeter måler dermed denne reaksjonsvarmen. I kontrast er et bombekalorimeters volum konstant, så det er ikke noe trykkvolumarbeid og den målte varmen relaterer seg til endringen i intern energi (\Delta u=q_V).

et enkelt eksempel på et kalorimeter med konstant trykk er en kaffekoppkalorimeter, som er konstruert av to nestede Styrofoam-kopper og et lokk med to hull, noe som gjør det mulig å sette inn et termometer og en rørestang. Den indre koppen inneholder en kjent mengde væske, vanligvis vann, som absorberer varmen fra reaksjonen. Den ytre koppen antas å være perfekt adiabatisk, noe som betyr at den ikke absorberer noen varme overhodet. Som sådan antas den ytre koppen å være en perfekt isolator.

Beregning Av Spesifikk Varme

Data samlet inn under et konstanttrykkskalorimetriforsøk kan brukes til å beregne varmekapasiteten til et ukjent stoff. Vi kjenner allerede vår ligning knyttet til varme (q), spesifikk varmekapasitet (C) og endringen i observert temperatur (\Delta T):

q=mC\Delta T

Vi vil nå illustrere hvordan du bruker denne ligningen til å beregne den spesifikke varmekapasiteten til et stoff.

Eksempel 1

en student varmer opp en 5,0 g prøve av et ukjent metall til en temperatur på 207 ^\circC, og slipper deretter prøven i et kaffekoppkalorimeter som inneholder 36,0 g vann ved 25,0 ^ \ circC. Etter at termisk likevekt er etablert, er den endelige temperaturen på vannet i kalorimeteret 26.0 ^ \ sirkel. Hva er den spesifikke varmen til det ukjente metallet? (Den spesifikke varmen til vann er 4,18 \frac {J} {G^\circ C})

veggene til kaffekoppkalorimeteret antas å være perfekt adiabatiske, så vi kan anta at all varmen fra metallet ble overført til vannet:

-q_{metal}=q_{water}

Ved Å Erstatte i vår ligning ovenfor får vi:

-m_{metal}c_{Metal} \delta t_{metal}=M_{Water}C_{Water}\Delta T_{water}

så kan vi plugge inn våre kjente verdier:

-(5.0\;g) C_{metall} (26,0^ \ sirkel C-207^ \ sirkel C)=(36,0\; g) (4,18\; \frac {J}{g^\circ C})(26.0^\circ C-25.0^\circ C)

Løse For c_{metal}, får vi

C_{metal}=0,166\; \frac {J} {G^\circ C}

den spesifikke varmekapasiteten til det ukjente metallet er 0,166 \frac {j} {g ^\circ c} .

Eksempel 2

for å bestemme standard entalpi av reaksjonen H+(aq) + OH–(aq) → H2O(l), kan like volumer på 0,1 M Løsninger Av HCl og NaOH kombineres i utgangspunktet ved 25°C.

denne prosessen er eksoterm,og som et resultat vil en viss mengde varme qP bli frigjort i løsningen. Antall joule av varme som slippes ut i hvert gram av løsningen beregnes ut fra produktet av temperaturstigningen og den spesifikke varmekapasiteten til vann (forutsatt at løsningen er fortynnet nok slik at dens spesifikke varmekapasitet er den samme som for rent vann). Den totale mengden overført varme kan da beregnes ved å multiplisere resultatet med løsningens masse.

\Delta H=q_P = m_{sol ‘n}C_{water} \ Delta T_{sol’ n}

Merk at Δ = qP fordi prosessen utføres ved konstant trykk.