Za pomocą kalorymetru można mierzyć entalpie reakcji lub pojemności cieplne na podstawie temperatury końcowej (Tf) zawartości. Ale co, jeśli znasz entalpię reakcji i pojemność cieplną używanych materiałów i chcesz przewidzieć, jaka będzie Tf? Ty też możesz to zrobić — i w rzeczywistości tego rodzaju problem jest częstym pytaniem w quizach na lekcjach chemii.
Przeczytaj ponownie zadanie domowe/quiz i określ, jakie informacje możesz wydobyć z pytania. Prawdopodobnie otrzymasz entalpię reakcji, stałą kalorymetru i pojemność cieplną mieszaniny powstałej w wyniku reakcji w kalorymetrze, wraz z temperaturami początkowymi.
Pamiętaj, że w idealnym kalorymetrze ciepło wydzielane przez reakcję jest równe sumie ciepła uzyskanego przez kalorymetr i ciepła uzyskanego przez jego zawartość. Co więcej, zarówno kalorymetr jak i jego zawartość osiągną tę samą temperaturę końcową -- Tf. W związku z tym możesz wykorzystać te informacje do napisania następującego równania: Entalpia reakcji = (pojemność cieplna zawartości) x (masa zawartości) x (Ti - Tf) + (stała kalorymetru) x (Ti - Tf) gdzie Ti jest temperaturą początkową, a Tf końcową temperatura. Zauważ, że odejmujesz Tfinal od Tinitial, a nie na odwrót. To dlatego, że w chemii entalpie reakcji są ujemne, jeśli reakcja wydziela ciepło. Jeśli chcesz, możesz zamiast tego odjąć Ti od Tf, o ile pamiętasz o odwróceniu znaku na swojej odpowiedzi, gdy skończysz.
Podziel obie strony przez ( (pojemność cieplna zawartości) x (masa zawartości) + (stała kalorymetru) ), aby uzyskać następujące: Entalpia reakcji / ( (pojemność cieplna zawartości) x (masa zawartości) + (stała kalorymetru) ) = Ti - Tf
Wprowadź liczby podane w pytaniu i użyj ich do obliczenia Tf. Na przykład, jeśli entalpia reakcji wynosi -200 kJ, pojemność cieplna mieszaniny utworzonej przez reakcja wynosi 0,00418 kJ/gram Kelvina, całkowita masa produktów reakcji wynosi 200 gramów, stała kalorymetru wynosi 2 kJ/K, a temperatura początkowa wynosi 25 C, czyli Tf?
Odpowiedź: Najpierw wypisz swoje równanie: Tf = Ti - ( entalpia reakcji / ( (pojemność cieplna zawartości) x (masa zawartości) + (stała kalorymetru) ) )
Teraz wstaw wszystkie liczby i rozwiąż: Tf = 25 stopni - (-200 kJ / (0,00418 kJ/g K razy 200 g + 2 kJ/K)) Tf = 25 stopni - (-200 kJ / 2,836 kJ/K ) Tf = 25 + 70,5 Tf = 95,5 stopni C
Bibliografia
- „Zasady chemiczne: poszukiwanie wglądu”; Peter Atkins i in.; 2008
- Wydział Chemii Uniwersytetu Florydy: Kalorymetria
o autorze
Mieszkający w San Diego John Brennan od 2006 roku pisze o nauce i środowisku. Jego artykuły ukazywały się w „Plenty”, „San Diego Reader”, „Santa Barbara Independent” i „East Bay”. Co miesiąc.” Brennan uzyskała tytuł licencjata biologii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.