Calorimetria e fluxo de calor: problemas químicos trabalhados

Calorimetria é o estudo da transferência de calor e mudanças de estado resultantes de reações químicas, transições de fase ou mudanças físicas. A ferramenta usada para medir a mudança de calor é o calorímetro. Dois tipos populares de calorímetros são o calorímetro da xícara de café e o calorímetro da bomba.

Esses problemas demonstram como calcular a transferência de calor e mudança de entalpia usando dados do calorímetro. Ao resolver esses problemas, revise as seções em calorimetria de xícara de café e bomba e a leis da termoquímica.

A seguinte reação ácido-base é realizada em um calorímetro de xícara de café:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

A temperatura de 110 g de água sobe de 25,0 C para 26,2 C quando 0,10 mol de H⁺ é reagido com 0,10 mol de OH^-.

• Calcular q_água
• Calcular ΔH para a reação
• Calcular ΔH se 1,00 mol OH^- reage com 1,00 mol H⁺

Use esta equação:

• q = (calor específico) x m x Δt

Onde q é fluxo de calor, m é massa em gramas, e Δt é a mudança de temperatura. Conectando os valores dados no problema, você obtém:

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

Você sabe que quando 0,010 mol de H⁺ ou OH^- reage, ΔH é - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Portanto, para 1,00 mol 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 (Certifique-se de ter dois números significativos.)
• -550 J
• -55 kJ

Quando uma amostra de 1.000 g de combustível de foguete hidrazina, N₂H₄, é queimado em um calorímetro de bomba, que contém 1.200 g de água, a temperatura sobe de 24,62 ° C para 28,16 ° C. Se o C da bomba for 840 J / C, calcule:

• q_reação para combustão de uma amostra de 1 grama
• q_reação para combustão de uma toupeira de hidrazina no calorímetro da bomba

Para um calorímetro de bomba, use esta equação:

• q_reação = - (qwater + qbomb)
• q_reação = - (4,18 J / g · C x m água x Δt + C x Δt)
• q_reação = - (4,18 J / g · C x água + C) Δt

Onde q é fluxo de calor, m é massa em gramas e Δt é a mudança de temperatura. Conectando os valores fornecidos no problema:

• q_reação = - (4,18 J / g · C x 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
• q_reação = -20.700 J ou -20,7 kJ

Agora você sabe que são produzidos 20,7 kJ de calor para cada grama de hidrazina que é queimada. Usando o tabela periódica para obter pesos atômicos, calcule que uma mole de hidrazina, N₂H₄, peso 32,0 g. Portanto, para a combustão de uma toupeira de hidrazina:

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

• -20,7 kJ
• -662 kJ