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Calorimétrie et flux de chaleur: problèmes de chimie résolus

Calorimétrie et flux de chaleur: problèmes de chimie résolus

La 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. Le calorimètre est l'outil utilisé pour mesurer le changement de chaleur. Les calorimètres les plus populaires sont le calorimètre à tasse à café et le calorimètre à bombe.

Ces problèmes montrent comment calculer le transfert de chaleur et le changement d'enthalpie à l'aide de données calorimétriques. Pendant que vous travaillez sur ces problèmes, passez en revue les sections sur la calorimétrie de tasse à café et bombe et les lois de la thermochimie.

Problème de calorimétrie de tasse à café

La réaction acide-base suivante est effectuée dans un calorimètre de tasse à 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 mole de H+ on fait réagir avec 0,10 mol d'OH-.

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

Solution

Utilisez cette équation:

  • q = (chaleur spécifique) x m x Δt

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

  • ql'eau = 4,18 (J / g. C) x 110 g x (26,6 ° C à 25,0 ° C)
  • ql'eau = 550 J
  • ΔH = - (ql'eau) = - 550 J

Vous savez que quand 0,010 mol de H+ ou OH- réagit, ΔH est - 550 J:

  • 0,010 mol H+ ~ -550 J

Par conséquent, pour 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

Répondre

  • 550 J (Assurez-vous d’avoir deux chiffres significatifs.)
  • -550 J
  • -55 kJ

Problème de calorimétrie à la bombe

Quand un échantillon de 1.000 g de l'hydrazine de la fusée alimente l'hydrogène, N2H4, est brûlé dans un calorimètre de bombe contenant 1 200 g d’eau; la température passe de 24,62 ° C à 28,16 ° C. Si la valeur de la bombe est de 840 J / C, calculez:

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

Solution

Pour un calorimètre de bombe, utilisez cette équation:

  • qréaction = - (qwater + qbomb)
  • qréaction = - (4,18 J / g. C x mwater x Δt + C x Δt)
  • qréaction = - (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. En branchant les valeurs données dans le problème:

  • qréaction = - (4,18 J / g · C x 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
  • qréaction = -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 pour obtenir les poids atomiques, calculez qu’une mole d’hydrazine, N2H4, poids 32,0 g. Par conséquent, pour la combustion d'une mole d'hydrazine:

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

Réponses

  • -20,7 kJ
  • -662 kJ