Wprowadzenie do chemii

terminy

• kalorymetr kubka kawowegoj przykład kalorymetru o stałym ciśnieniu.
• adiabatyczny nie pozwalający na dowolne przenoszenie energii cieplnej; doskonale izolujący.
• kalorymetria o stałym ciśnieniu określa zmianę entalpii reakcji zachodzącej w roztworze, podczas której ciśnienie pozostaje stałe.

kalorymetr o stałym ciśnieniu

kalorymetr o stałym ciśnieniu mierzy zmianę entalpii reakcji zachodzącej w ciekłym roztworze. W takim przypadku ciśnienie gazu nad roztworem pozostaje stałe i mówimy, że reakcja zachodzi w warunkach stałego ciśnienia. Ciepło przekazywane do / z roztworu w celu wystąpienia reakcji jest równe zmianie entalpii (\Delta H = q_P), a kalorymetr o stałym ciśnieniu mierzy to ciepło reakcji. Natomiast objętość kalorymetru bombowego jest stała, więc nie ma pracy ciśnieniowo-objętościowej, a zmierzone ciepło odnosi się do zmiany energii wewnętrznej (\Delta U=q_V).

prostym przykładem kalorymetru o stałym ciśnieniu jest kalorymetr filiżanki do kawy, który jest zbudowany z dwóch zagnieżdżonych styropianowych kubków i pokrywy z dwoma otworami, która umożliwia wstawienie termometru i drążka mieszającego. Wewnętrzna filiżanka zawiera znaną ilość cieczy, zwykle wody, która pochłania ciepło z reakcji. Zakłada się, że kubek zewnętrzny jest idealnie adiabatyczny, co oznacza, że nie absorbuje żadnego ciepła. W związku z tym zakłada się, że kubek zewnętrzny jest doskonałym izolatorem.

Obliczanie ciepła właściwego

dane zebrane podczas eksperymentu kalorymetrycznego o stałym ciśnieniu mogą być wykorzystane do obliczenia pojemności cieplnej nieznanej substancji. Znamy już nasze równanie dotyczące ciepła (q), ciepła właściwego (C) i zmiany temperatury obserwowanej (\Delta T):

q=mC\Delta T

zilustrujemy teraz, jak użyć tego równania do obliczenia ciepła właściwego substancji.

przykład 1

student ogrzewa 5,0 g próbki nieznanego metalu do temperatury 207 ^\circ, a następnie wrzuca próbkę do kalorymetru filiżanki kawy zawierającego 36,0 g wody w temperaturze 25,0 ^\circ. Po ustaleniu równowagi termicznej końcowa temperatura wody w kalorymetrze wynosi 26.0^ \ circ. Jakie jest ciepło właściwe nieznanego metalu? (Ciepło właściwe wody wynosi 4,18 \frac {J} {G^\circ C})

zakłada się, że ściany kalorymetru filiżanki kawy są idealnie adiabatyczne, więc możemy założyć, że całe ciepło z metalu zostało przeniesione do wody:

-q_{metal}=q_{woda}

podstawiając w powyższym równaniu, otrzymujemy:

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

wtedy możemy podłączyć nasze znane wartości:

-(5.0\;g) C_{metal}(26.0^\circ C-207^\circ C)=(36.0\;g) (4.18\; \frac {J}{G^\circ C})(26.0^\circ c-25.0^\ circ C)

rozwiązując dla C_{metal}, otrzymujemy

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

właściwa Pojemność cieplna nieznanego metalu wynosi 0,166\frac {J} {g ^ \ circ c} .

przykład 2

aby określić standardową entalpię reakcji H+(AQ) + OH–(AQ) → H2O(l), równe objętości 0,1 m roztworów HCl i NaOH można wstępnie połączyć w temperaturze 25°C.

proces ten ma charakter egzotermiczny i w rezultacie do roztworu uwalniana jest pewna ilość ciepła qP. Liczba dżuli ciepła uwalnianych do każdego grama roztworu jest obliczana na podstawie produktu wzrostu temperatury i pojemności cieplnej wody (zakładając, że roztwór jest na tyle rozcieńczony, że jego pojemność cieplna jest taka sama jak w czystej wodzie). Całkowitą ilość przenoszonego ciepła można następnie obliczyć, mnożąc wynik przez masę roztworu.

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

zauważ, że ΔH = qP ponieważ proces odbywa się przy stałym ciśnieniu.