Количество теплоты формула химия: Термохимические расчёты — урок. Химия, 9 класс.

Содержание

3.6.6. Термохимические расчёты



3.6.6. Термохимические расчёты

3.6.6. Термохимические расчёты

Огромное число химических реакций используется для получения энергии. К ним относятся, например, реакции сгорания различных топлив, для оценки которых требуется знать количество выделяемой тепловой энергии (тепловых эффектов).
Тепловые эффекты реакций определяют как экспериментально, так и с помощью термохимических расчётов, основанных на законе Гесса:

тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояний реагирующих веществ и не зависит от пути реакции (т.е. от числа стадий и промежуточных состояний). Это можно показать на примере реакции горения метана:

Задача 1. Рассчитайте количество теплоты, выделившейся при сгорании 0,25 моль метана, используя термохимическое уравнение реакции горения метана:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 890 кДж
Краткие условия:
Решение

При сгорании 1 моль CH4 выделяется 890 кДж. Следовательно, количество теплоты, выделяемое при сгорании 0,25 моль метана, будет равно:

Q = 0,25 моль · 890 кДж/1 моль = 223 кДж.

Ответ: Q = 223 кДж.


Задача 2. Известны стандартные молярные теплоты образования Qобр (кДж/моль) метана (74,9), СО (110), О2 (0) и воды (285,8). Вычислите тепловой эффект реакции неполного сгорания 1 моль метана до оксида углерода (II).

Решение
Запишем уравнение реакции неполного сгорания метана. 2СН4 + 3О2 = 2СО + 4Н2О + Q Согласно закону Гесса, теплота химической реакции (Qреакции) равна разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ: Qреакции
= ΣQобр.(продуктов) — ΣQобр.(исх.веществ) Подставив в эту формулу исходные данные, получим: Qреакции = 2Qобр(CO) + 4Qобр(H2O) – 2Qобр(CH4) – 3Qобр(O2) = = 2 · 110 + 4 · 285,8 – 2 · 74,9 – 0 = 1213,4 кДж.

Ответ: Qреакции = 1213,4 кДж.

Как найти количество теплоты реакции. Задачи 1024


Количество теплоты, поглощенное при восстановлении  оксида цинка графитом

 

Задача 1024. 
Найти количество теплоты, которое будет поглощено при восстановлении 1 кг оксида цинка графитом. Зависимостью энтальпии реакции от температуры пренебречь.
Решение:
ΔН0(ZNO) = -350,8 кДж/моль;

ΔН0(СО) = -110,6 кДж/моль.

Уравнение реакции:

ZnO + C (графит) = СО + Zn

Находим тепловой эффект химической реакции, используя следствие из закона Гесса

, получим:

ΔН0х.р. =  ΔН0(СО) —  ΔН0(ZNO) = -110,6 – (-350,8) = 240,2 кДж.

Термохимическое уравнение будет иметь вид:

Теперь рассчитаем количество теплоты, которое поглотится при восстановлении 1 кг цинка графитом:

81,38 : 240,2 = 1000 : х;  х = (240,2 . 1000)/81,38 = 2951 кДж.

Ответ: 2951 кДж.


Растворимость латуни в азотной кислоте

Задача 1025. 
Кусочек латуни растворили в азотной кислоте. Раствор разделили на две части: к одной части прибавили избыток аммиака, а к другой — избыток щелочи. В растворе или в осадке и в виде каких соединений находятся цинк и медь в обоих случаях?
Решение:
При растворении латуни – сплава меди и цинка в азотной кислоте образуются нитраты цинка и меди. Если на смесь нитратов цинка и меди подействовать раствором щёлочи, то образуется осадок гидроксидов цинка и меди:

Zn(NO3)2 + 2NaOH = Zn(OH)2↓ + 2NaNO3;

Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaNO3

При добавлении раствора аммиака к смеси нитратов цинка и меди образуются комплексные ионы [Zn(NH3)4]2+ и [Сu(NH3)4]2+:

Zn(NO3)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4](NO3)2;

Cu(NO3)2 + 4NН3 = [Cu(NH3)4](NO3)2.

Таким образом, в первом растворе цинк и медь будут находиться в виде  гидроксидов, а во тором – в виде комплексных ионов [Zn(NH3)4]2+

 и [Сu(NH3)4]2+.


 

Химическая термодинамика, теория и примеры

Определение и общие понятия химической термодинамики

Термодинамика является макроскопической теорией.

Химическая термодинамики использует термодинамические методы для решения задач химии, например, исследования теории разных видов химических и фазовых равновесий и свойств веществ в растворах.

Основной физической величиной, которая подлежит рассмотрению в термодинамике, является энергия. Основным законом термодинамики является вариация закона сохранения энергии. Спецификой макроскопических систем, рассматриваемых в термодинамике, является то, нельзя провести непосредственное измерение энергии макроскопической системы. Разные методы в физике дают возможность определить изменение энергии отдельных частиц системы (атомов, молекул, ионов). Не существует способов прямого измерения энергии как единого целого. Изменение энергии макросистемы определяют как теплоту или работу. Существование внутренней энергии макросистемы (), как физической величины было установлено в середине XIX века, после открытия первого начала термодинамики. Позднее появилась необходимость применять и другие, не измеряемые величины такие как: энтропия, энтальпия, химический потенциал и т.п. Каждая подобная величина определена как функция измеряемых величин, поэтому все выводы термодинамики можно проверить экспериментально.

Для описания свойств систем в термодинамике используют термодинамические переменные, которые называют термодинамическими параметрами. Термодинамические параметры — это физические величины, используя которые описывают явления, которые связаны с превращениями теплоты и работы. Термодинамические параметры являются макроскопическими величинами, отражающими свойства больших совокупностей молекул.

На основе первого начала термодинамики составляют уравнения теплового баланса.

Второе и третье начала термодинамики служат для анализа фазового и химического равновесия.

Задачи химической термодинамики

Исследование законов химического и физического равновесия дают возможность решать следующие основные задачи:

  1. Определение условий реализации химических процессов. Вычисление тепловых эффектор химических реакций.
  2. Поиск пределов устойчивости исследуемых веществ при заданных условиях.
  3. Ликвидация (избегание) побочных реакций.
  4. Избрание оптимального режима проведения процесса.

Основные законы химической термодинамики

Первый закон термодинамики, которой отображает обмен энергией между системой и окружающей средой в форме работы и теплоты. Это одни из видов законов сохранения энергии. Формулировок первого начала термодинамики несколько, запишем один из них для закрытой системы:

   

где – количество теплоты, подведенное к системе; – работа системы; – изменение внутренней энергии системы.

Энтальпией () называют термодинамическую функцию, которая характеризует энергетическое состояние системы в изобарно — изотермических условиях ( то есть при ). Энтальпия отражает тепловые изменения в системе, а теплота в окружающей среде. Количество теплоты, которое поглощается или выделяется в ходе химической реакции при равно изменению энтальпии системы (энтальпия реакции).

Закон Гесса для химических реакций говорит о том, что: величина теплового эффекта изобарных или изохорных процессов зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от хода процесса.

Закон Гесса применяют для вычисления тепловых эффектов химических реакций.

Закон Гесса имеет полезные следствия:

  1. Энтальпия химической реакции при стандартных условиях равна разности алгебраической суммы энтальпий возникновения продуктов реакции, и суммы энтальпий образования исходных веществ.
  2. Теплота, которая выделяется при горении вещества в кислороде в количестве 1 моль до образования высших оксидов при стандартных условиях, называется стандартной теплотой сгорания вещества. Энтальпия реакции горения равна разности суммы энтальпий (с учетом знаков) сгорания исходных веществ и суммы энтальпий горения продуктов реакции при учете их стехиометрических коэффициентов. По закону Гесса количество выделяемой теплоты при окислении не зависит от того как и где происходит процесс горения, если продукты реакции не изменяются.
  3. При разложении вещества расходуется (требуется) такое же по модулю количество теплоты как при образовании данного вещества. Это закон Лавуазье – Лапласа.
  4. Если повести две реакции, которые приводят из разных начальных состояний к одним конечным состояниям, то разница в тепловых эффектах составит количество теплоты перехода из первого начального состояния во второе.
  5. При проведении двух реакций из одних начальных состояний в различные конечные состояния разница в тепловых эффектах составит тепловой эффект перехода от первого конечного состояния во второе.

Второй закон термодинамики говорит о направлении протекания процессов. Все самопроизвольные процессы происходят так, что система стремится к минимуму энергии, при этом энтропия системы увеличивается.

Примеры решения задач

Термохимия — Оксфордская стипендия

Страница из

НАПЕЧАТАНО ИЗ OXFORD SCHOLARSHIP ONLINE (oxford.universitypressscholarship.com). (c) Copyright Oxford University Press, 2022. Все права защищены. Отдельный пользователь может распечатать PDF-файл одной главы монографии в OSO для личного использования. Дата: 20 марта 2022 г.

Глава:
20 (стр. 337) Термохимия
Источник:
Химия в количественном выражении
Автор(ы):

Кристофер О.Oriakhi

Издатель:
Oxford University Press

DOI:10.1093/oso/9780195367997.003.0024

Калориметрия, удельная теплоемкость и расчеты

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже. Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как так как ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

 

Что такое удельная теплоемкость и ее формула? – Кухня

Удельная теплоемкость – это количество тепла, необходимое для нагревания одного грамма любого вещества на один градус Цельсия или Кельвина. Формула удельной теплоемкости: количество поглощаемой или выделяемой теплоты = масса х удельная теплоемкость х изменение температуры.

Что такое удельная теплоемкость в химии?

удельная теплоемкость, количество теплоты, необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия. Единицами удельной теплоемкости обычно являются калории или джоули на грамм на градус Цельсия. Например, удельная теплоемкость воды составляет 1 калорию (или 4186 джоулей) на грамм на градус Цельсия.

Что такое удельная теплоемкость?

Удельную теплоемкость также иногда называют массовой теплоемкостью. Неформально это количество тепла, которое необходимо добавить к одной единице массы вещества, чтобы вызвать повышение температуры на одну единицу. Единицей удельной теплоемкости в СИ является джоуль на кельвин на килограмм, Дж⋅кг 1 ⋅K 1 .

Что такое ответ удельной теплоемкости?

Энергия, необходимая для нагрева чего-либо, пропорциональна массе и изменению температуры материала. Удельная теплоемкость — это количество тепла на единицу массы, необходимое для повышения температуры материала на один градус Цельсия или Кельвина.

Что такое тепло и его формула?

Теплоемкость и удельная теплоемкость связаны соотношением С=см или с=С/м. Масса m, удельная теплоемкость c, изменение температуры ΔT и добавленное (или вычтенное) тепло Q связаны уравнением: Q=mcΔT. Значения удельной теплоемкости зависят от свойств и фазы данного вещества.

Каково лучшее определение удельной теплоемкости?

1: отношение количества теплоты, необходимого для повышения температуры тела на один градус, к количеству тепла, необходимому для повышения температуры равной массы воды на один градус. 2: теплота в калориях, необходимая для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия.

Для чего используется формула удельной теплоемкости?

Удельная теплоемкость вещества может быть использована для расчета изменения температуры данного вещества при нагревании или охлаждении.Уравнение, связывающее тепло (q) с удельной теплоемкостью (cp), массой (m) и изменением температуры (ΔT), показано ниже.

Как объяснить удельную теплоемкость?

Удельная теплоемкость – это количество тепла, необходимое для повышения температуры на единицу массы. Обычно это тепло в джоулях, необходимое для повышения температуры 1 грамма образца на 1 градус Кельвина или 1 градус Цельсия. Вода обладает чрезвычайно высокой удельной теплоемкостью, что делает ее пригодной для регулирования температуры.

Что понимают под удельной теплоемкостью газа?

Количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы массы газа на 1 К (или 1 °С) при неизменном объеме, называется его главной удельной теплоемкостью при постоянном объеме.Обозначается c V .

Что такое удельная теплоемкость класса 11?

Класс 11 Физика Тепловые свойства вещества. Удельная теплоемкость. Удельная теплоемкость. Удельная теплоемкость определяется как количество теплоты, поглощаемой или отводимой единицей массы вещества для изменения его температуры на единицу.

Что такое единица измерения тепла в системе СИ?

В качестве количества энергии (переносимой) единицей тепла в системе СИ является джоуль (Дж).

Какие 3 формулы тепла?

Различные формулы тепла

  • Н = (VI)т.
  • Н = (I 2 R)т.
  • Н = (V 2 /R)t.

Какова формула теплоты и температуры?

Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры содержит все три фактора: Q = mcΔT, где Q — символ теплопередачи, m — масса вещества, ΔT — изменение температуры.

Что такое тепло в физике?

Тепло – это форма энергии, которая может передаваться от одного объекта к другому или даже создаваться за счет потери других форм энергии. Тепловой поток заставляет более горячий объект охлаждаться, а более холодный нагреваться. Поток тепла будет продолжаться до тех пор, пока они не достигнут одинаковой температуры.

Молекулярные формулы и номенклатура

Нижеследующее является содержанием Лекции по общей химии 21. В этой лекции мы рассмотрим определения энергии и процесс калориметрии.

Энергия

К сожалению, для обсуждения следующих тем необходимо сначала обсудить множество определений, так что потерпите меня.

В первую очередь нам необходимо определить этот раздел изучения химии. Термодинамика или, точнее, Термохимия — это изучение поглощения или выделения тепла, которое сопровождает химические реакции.

Энергия определяется как способность выполнять работу, а в химии мы определяем Энергия как сумму выполненной работы (w) и произведенного или потерянного тепла (q).

Е = ш + кв

Энергия также делится на два основных типа:

(1) Кинетическая энергия (E K ) или энергия движения: 1/2 mv 2 , где m — масса, а v — скорость

(2) Потенциальная энергия (E P ): энергия, запасенная в химических связях, которая высвобождается при разрыве или образовании связи.

На рисунке ниже, когда вода начинает течь, энергия меняется с потенциальной на кинетическую:

В любом случае измеренная энергия обычно выражается в одной из двух единиц: Калории (кал) или Джоули (Дж) Джоуль определяется как 1 кг . м 2 2 . Калория — это количество тепла, необходимое для нагревания 1 моля воды на 1 градус Цельсия и получения 4,184 Дж = 1 кал.

Закон сохранения энергии

Точно так же, как Закон сохранения массы заложил основу для стехиометрических расчетов, Закон сохранения энергии закладывает основу для термодинамических расчетов.

Закон гласит, что Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, поэтому он известен как Первый Закон Термодинамики. Это означает, что общая Энергия Вселенной постоянна и могут быть измерены только изменения в типе энергии.

В химии это часто означает, что потенциальная энергия химических связей преобразуется в тепловую энергию, которая, в свою очередь, затем преобразуется в кинетическую энергию по мере того, как молекула реагирует на повышение температуры и т. д. Или, как показано ниже, образование связи преобразует химическую энергию в тепловую и световую энергию.Важной особенностью процесса является то, что количество энергии остается постоянным.

Вот вам еще пара определений:

1) Температура – ​​в термодинамике определяется как мера кинетической энергии, полученной в результате движения молекул. Что-то вроде того, что было первым, определение типа «курица или яйцо», поскольку при более высоких температурах молекулы имеют большую кинетическую энергию, но вот она.

2) Тепловая энергия или теплота (q) — определяется как кинетическая энергия, передаваемая от одного объекта к другому в результате разницы температур между ними.Таким образом, мы должны измерить разницу температур между двумя объектами/веществами, чтобы определить тепло.

3) Химическая энергия – как показано выше, это потенциальная энергия химических связей.

Расчет энергии

На данный момент есть только несколько типов расчета энергии, которые мы можем сделать из работы и тепла.

Например:

Какова энергия системы, которая совершает работу 100 Дж и поглощает 250 Дж тепла?

Чтобы рассчитать это, вам нужно знать правила знаков:

В термодинамике (как и в жизни) выполнению работы присваивается отрицательный знак, а совершению работы над системой — положительный.Точно так же потеря тепла имеет отрицательный знак, а поглощение тепла — положительный. Таким образом, для приведенной выше задачи это на самом деле просто процесс интерпретации чтения, поскольку задействованная математика — это просто сложение или вычитание:

Система совершает работу, поэтому 100 Дж должны быть отрицательными, и она поглощает тепло, поэтому 250 Дж положительные:

Е = -100 Дж + 250 Дж = 150 Дж

и другой тип расчета для кинетической энергии:

E

K = 1/2 мВ 2

Вот простой пример:

Если полузащитник может пробежать 40 метров за 4. 15 секунд и весит 195 фунтов, сколько у него кинетической энергии?

Сначала запомните единицы Джоуля: 1 кг . м 2 2

Нам нужно преобразовать фунты в кг: 195 фунтов x 1 кг/2,2 фунта = 88,6 кг

Тогда просто подключи и пей:

E K = ½(88,6 кг)(40 м/4,15 с) 2 = 4,12 кДж

 

А теперь вернемся к определениям…

Система и окружение

Как мы узнали ранее, потерянная и полученная энергия должны быть эквивалентны для любого процесса, но мы не определили, где мы собираемся терять или приобретать эту энергию, поэтому мы сделаем это сейчас.

Система — определяется как процесс, реакция или объект исследования.

Окружающие ы — это все остальное.

Например, в реакции водной кислоты и основания системой будет сама реакция между молекулами кислоты и основания, а окружающей средой будет вода и контейнер, в котором они находятся.

Официально существует три типа систем:

Открытый — может обмениваться теплом и веществом с окружающей средой

Закрытый — может обмениваться теплом, но не имеет значения с окружающей средой

Изолированный — не может обмениваться теплом или веществом с окружающей средой

Здесь я хочу еще раз напомнить вам о Первом Законе Термодинамики: Энергия не создается и не уничтожается.Другой способ заявить об этом состоит в том, что чистое Изменение Энергии между системой и ее окружением должно быть равно нулю. ΔE = E Система + E Окружение =0. Чтобы это было правдой, тогда Энергия системы должна быть эквивалентна энергии окружающей среды, но противоположна по знаку.

E Система = -E Окружение или -E Система = E Окружение

И так же, как и раньше, когда система теряет энергию, мы придаем ей отрицательный знак, а когда она набирает энергию — положительный.

Тепло

Когда в открытом контейнере происходит химическая реакция, большая часть полученной или потерянной энергии приходится на тепло. Почти никакой работы не делается (т.е. ничего не перемещается). Теплота (q) определяется как передача энергии между системой и ее окружением. Тепло течет между системой и окружающей средой до тех пор, пока они не будут иметь одинаковую температуру. Когда происходит химическая реакция, при которой система поглощает тепло, этот процесс называется эндотермическим (ощущение холода).Когда происходит химическая реакция, при которой система выделяет тепло, она экзотермическая (она кажется горячей).

Определение тепла – калориметрия

Калориметрия – это процесс, посредством которого измеряется изменение температуры системы.

Существует два основных типа калориметрии — постоянное давление и постоянный объем.

Калориметр постоянного давления часто называют калориметром кофейной чашки, потому что он напоминает кофейную чашку и часто изготавливается в лабораторных экспериментах.

 

Показанная здесь q Sys представляет собой общее количество тепла для всего калориметра, содержащего воду и калориметр окружающей среды, как мы определили ее ранее, и q Rxn , которую мы определили ранее как систему. Так же, как выше, где мы заявили, что общая энергия должна быть равна нулю, так же и q Sys показано здесь. Это означает, что преобразование приведенного выше уравнения устанавливает q окружения равным по величине, но противоположным по знаку, как и раньше.

Расчет q зависит не только от изменения температуры, но также от его удельной теплоемкости и количества.

Удельная теплоемкость (c)

Удельная теплоемкость (c) вещества – это количество теплоты (q), необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия.

 

Это уравнение для теплоты просто означает, что чем больше у вас вещества, тем больше тепла оно может поглотить или выделить, поэтому тепло считается экстенсивным свойством. При этом также учитывается, что разные типы материалов по-разному поглощают/выделяют тепло. Всякий, кто когда-либо готовил в алюминиевой фольге или на чугунной сковороде, понимает эту разницу. К фольге можно прикасаться с минимальной опасностью, так как она остывает почти сразу после снятия с огня, а к железной сковороде еще долго будет опасно прикасаться. Это связано с их разной теплоемкостью (см. таблицу выше).

Возвращаясь к калориметрии, другой тип калориметра — это калориметр постоянного объема или «бомба».Часть «бомбы» исходит из того факта, что, поскольку объем постоянен, давление внутри калориметра может быть довольно высоким. Если за этим не следить внимательно, это может привести к плачевным результатам.

 

Уравнения для расчета тепла практически идентичны уравнениям калориметра постоянного давления. Большая разница между ними заключается в том, что в то время как в калориметре с кофейной чашкой реакция происходит в воде как части водного раствора, реакция в калориметре-бомбе вообще происходит в отдельном отсеке.

Вот несколько простых примеров калориметрии:

 

Практические задачи по калориметрии

 

 

 

 

Молярная теплота сгорания: определение и расчеты — видео и стенограмма урока

Калориметр

Для измерения теплоты сгорания используется калориметр. Калориметр представляет собой изолированную систему, в которой можно контролировать весь теплообмен. Когда вы разжигаете костер, дрова горят, а энергия связей превращается в тепло.Но поскольку тепло уходит в окружающую нас среду, очень трудно измерить все тепловые изменения. Таким образом, калориметр использует закрытую систему для измерения изменения температуры.

Обычно калориметр наполняют водой и измеряют изменение температуры воды. Вода используется, потому что мы знаем удельную теплоемкость воды. Другими словами, мы знаем, сколько энергии требуется, чтобы увеличить температуру воды на один градус Цельсия. И это дешевая, легкодоступная среда.

Теплота сгорания рассчитывается путем умножения массы воды на удельную теплоемкость воды и на изменение температуры. Все это уравнение умножается на -1, потому что теплота сгорания отрицательна, потому что тепло теряется или выделяется.

Формула молярной теплоты сгорания

Бомбовый калориметр

Для измерения изменения температуры используется бомбовый калориметр.Бомбовый калориметр изолирует воду, чтобы можно было учесть все тепло от горящего образца. Калориметр с бомбой имеет водяную баню со вставленной мешалкой и термометром. В центре водяной бани находится камера бомбы, содержащая образец и источник воспламенения. Регистрируют начальную температуру воды, затем образец поджигают. Затем записывают конечную температуру воды. Затем мы можем использовать уравнение теплоты сгорания для определения энергии в образце.

Этанол Пример

Давайте рассмотрим пример с использованием этанола. Во-первых, это настроено со 100 граммами воды в водяной бане. Мы записываем начальную температуру как 25 градусов Цельсия.

Затем мы добавляем 1 грамм этанола в ячейку бомбы и поджигаем ее. Температура воды повышается до 95,91 градуса по Цельсию.

95,91 — 25 = 70,91

Таким образом, изменение температуры равно 70,91 градуса Цельсия. Удельная теплоемкость воды 4,2 Дж/г/Кл. Вот уравнение теплоты сгорания для этанола.

Теплота сгорания 1 г этанола равна -29 782 Дж или 29,780 кДж. 1 г этанола равен 0,0217 моль. Обычно молярная теплота сгорания выражается в кДж/моль, поэтому 29,78/0,0217 = 1370 кДж/моль.

Другие примеры

Мы уже рассматривали этанол и спирт, присоединенные к атомам углерода, поэтому теперь рассмотрим спирт, присоединенный к 1 атому углерода, 3 атомам углерода и 4 атомам углерода: метанол, пропанол и бутанол.

В нашем бомбовом калориметре у нас есть 500 граммов воды, и каждый из наших образцов будет по 1 грамму. Давайте посмотрим на изменение температуры для этих:

  • Метанол: 10,89 градусов Цельсия
  • Пропанол: 16,04 градуса Цельсия
  • Бутанол: 17,22 градуса Цельсия

Вот уравнения теплоты сгорания для этих алканолов.

Теперь давайте изменим J на ​​кДж и разделим на моли.

Метанол: -22 869 Дж = -22,869 кДж. 1 грамм метанола = 0,03125 моль. Следовательно, -22,869/0,03125 = -731,8 кДж/моль

Пропанол: -33,683 Дж = -33,683 кДж. 1 грамм пропанола = 0,0167 моль. Следовательно, -33,683/0,0167 = -2016,9 кДж/моль

Бутанол: -36,162 Дж = -36,162 кДж. 1 грамм бутанола = 0,0135 моль. Таким образом, -36,162/0,0135 = -2678,7 кДж/моль

. Расположим по порядку все четыре наших образца:

  • Метанол: -732 кДж/моль
  • Этанол: -1370 кДж/моль
  • Пропанол: -2017 кДж/моль
  • Бутанол: -2678 кДж/моль

Вы заметите, что от одного к другому теплота сгорания меняется примерно на 650 кДж/моль. Это связано с тем, что теплота сгорания Ch3 составляет около 650 кДж/моль. К каждому алканолу добавлен дополнительный Ch3, поэтому он получает дополнительные 650 кДж/моль энергии.

Резюме урока

Молярная теплота сгорания измеряет количество энергии в соединении, измеряя, сколько энергии в виде тепла высвобождается при сгорании соединения. Калориметр используется для измерения теплоты сгорания. Коммерчески используется бомбовый калориметр .При этом образец помещается в ячейку бомбы посреди водяной бани и измеряется изменение температуры воды по мере горения образца. Умножая массу воды на удельную теплоемкость воды при изменении температуры, можно рассчитать молярную теплоту сгорания.

Формула молярной теплоты сгорания

Удельная теплоемкость

Термодинамика — это раздел физики который имеет дело с энергией и работой системы. Термодинамика имеет дело только с широкомасштабный ответ системы, которую мы можем наблюдать и измерять в опытах. В аэродинамике мы больше всего интересуется термодинамикой из-за той роли, которую она играет в конструкция двигателя а также полет на высокой скорости.

На этом слайде мы выводим некоторые уравнения, которые связывают теплоемкость газа к газовой постоянной, используемой в уравнение состояния. мы собираемся использовать конкретный значения переменных состояния. Для ученого «конкретная» переменная состояния означает значение переменной разделить на массу вещества.Это позволяет нам установить отношения между переменных без учета количества вещества, которое у нас есть. Мы можем умножьте конкретную переменную на количество вещества в любой момент времени для определения фактического значения переменной потока. Из наших исследований теплопередача, мы знаем, что количество теплоты, переданное между двумя телами, равно пропорционально температура разница между предметами и теплоемкость объектов. Теплоемкость есть постоянная, показывающая, сколько тепла добавляется на единицу повышения температуры.Значение константы различно для разных материалов и зависит на процессе. Теплоемкость не является переменной состояния .

Если мы имеем дело с газом, удобнее всего использовать формы уравнения термодинамики, основанные на энтальпия газа. Из определения энтальпии:

ч = е + р * v

где ч в удельной энтальпии, p – давление, против удельный объем, а e — конкретный внутренняя энергия.В ходе процесса значения этих переменных изменяются. Обозначим изменение греческой буквы дельта , которая выглядит как треугольник. Таким образом, «дельта h» означает изменение «h» из состояния 1 в состояние 2 во время процесса. Затем для процесса постоянного давления уравнение энтальпии становится:

дельта h = дельта e + p * дельта v

Энтальпия, внутренняя энергия и объем изменились. но давление остается прежним. Из нашего вывода уравнение энтальпии, изменение удельной энтальпии равно теплопередаче для процесса с постоянным давлением:

дельта h = cp * дельта T

где дельта Т — изменение температуры газа в процессе процесса, а c — удельная теплоемкость.Мы добавили индекс «р» к удельной теплоемкости, чтобы напомнить нам, что это значение относится только к процессу с постоянным давлением.

Уравнение состояния газа связывает температуру, давление, а объем через газовую постоянную R . Газовая постоянная, используемая аэродинамики выводится из универсальной газовой постоянной, но имеет уникальное значение для каждого газа.

р * v = р * т

Если мы имеем процесс постоянного давления, то:

p * дельта v = R * дельта T

Теперь давайте представим, что у нас есть процесс постоянного объема с нашим газом, который производит точно такое же изменение температуры, как и процесс постоянного давления, который мы обсуждали. Тогда первый закон термодинамики говорит нам:

дельта e = дельта q — дельта w

где q — удельная теплопередача, а w — работа, совершаемая газ. Для процесса с постоянным объемом работай равен нулю. И мы можем выразить теплопередача как константа, умноженная на изменение температуры. Это дает:

дельта е = cv * дельта T

где дельта Т — изменение температуры газа в процессе процесса, а c — удельная теплоемкость.Мы добавили индекс «v» к удельной теплоемкости, чтобы напомнить нам, что это значение относится только к процессу с постоянным объемом. Несмотря на то, что изменение температуры для этого процесса одинаково и постоянная процесс давления, значение удельной теплоемкости различно.

Поскольку мы выбрали процесс постоянного объема, чтобы дать то же самое изменение в температуры в качестве нашего процесса постоянного давления, мы можем заменить выражение приведенное выше для «дельта e» в уравнение энтальпии. Вообще нельзя сделайте эту замену, потому что процесс постоянного давления и процесс постоянного объема производить различные изменения температуры Если мы подставим выражения для «дельта е», «р * дельта v» и «дельта h» в уравнение энтальпии получаем:

cp * дельта T = cv * дельта T + R * дельта T

деление на «дельта Т» дает соотношение:

ср = резюме + R

Удельные теплоемкости для процессов постоянного давления и постоянного объема связаны с газовой постоянной для данного газа.Этот весьма примечательный результат был получен из термодинамических соотношений, которые основаны на наблюдениях физических систем и процессов. С использованием кинетическая теория газов, тот же результат можно получить из соображений сохранения энергии на молекулярном уровне.

Мы можем определить дополнительный переменная, называемая удельной теплоемкостью соотношение, который дан греч. символ «gamma», который равен cp, деленному на cv:

гамма = cp/cv

«Гамма» — это просто число, значение которого зависит от состояния газа. Для воздуха, гамма = 1,4 для стандартных дневных условий. «Гамма» появляется во многих уравнениях жидкостей. включая уравнение, связывающее давление, температуру и объем во время простое сжатие или расширение процесс, уравнение для скорость звука, и все уравнения для изоэнтропические потоки, а также ударные волны. Поскольку значение «гамма» как раз зависит от состояния газа, есть таблицы этих значений для данных газов. Вы можете использовать таблицы для решения задач газовой динамики.


Деятельность:

Экскурсии с гидом

Навигация..


Домашняя страница руководства для начинающих

Газы с теплоемкостью – определение, расчет, единицы измерения, формула

Что такое теплоемкость?

Теплоемкость (Удельная) газов определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма газов на единицу градуса, но на моль газа называется молярной теплоемкостью или просто теплоемкостью. Обычно для ее расчета в физике или химии используют уравнение теплоемкости, выраженное при постоянном давлении (C p ) и объеме (C v ) и единице энергии.

Одноатомные молекулы инертных газов, такие как гелий, неон, аргон, при нагревании в постоянном объеме подводимое тепло будет использоваться для увеличения поступательной кинетической энергии, поскольку эти молекулы не имеют колебательного или вращательного момента. Эти одноатомные газы при постоянном объеме без энергии не могут быть использованы для совершения какой-либо механической работы. Но если нагревать при постоянном давлении, газ расширяется против поршня и совершает механическую работу. Для многоатомных газов подведенное тепло использует не только поступательную кинетическую энергию, но также колебательную или вращательную энергию.

Твердые тела также обладают теплоемкостью, измеренной по экспериментальным данным Дюлонга Пти, согласно которым атомная теплота всех кристаллических твердых элементов является постоянной величиной и приблизительно равна 6,4 калории. Атомная теплота является произведением удельной теплоемкости и атомного веса элемента. Этот закон справедлив для многих элементов таблицы Менделеева, таких как серебро, золото, алюминий, свинец, железо и т. д.

Единицы измерения теплоемкости

Удельная теплоемкость является экстенсивным свойством с единицей J K -1 кг -1 , поскольку количество тепла, необходимое для повышения температуры, зависит от массы веществ.Но молярная теплоемкость является интенсивным свойством в термодинамике и имеет единицу J K -1 моль -1 . Мы также используем единицы СГС и калории для определения теплоемкости твердых и газообразных веществ. Но если мы сохранили молярную и удельную теплоемкость, то на моль и на грамм или кг, используемые в этих единицах.

Теплоемкость при постоянном давлении

Количество теплоты или тепловой энергии, необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на 1°К, называется удельной теплоемкостью, а для одного моля называется молярной теплоемкостью. Следовательно, C p = M × c p , где C p измеряется при постоянном давлении, а c p – их удельная теплоемкость. Из этой формулы температура одного гм-моля газа, повышенная на один градус при постоянном давлении, называется теплоемкостью при постоянном давлении или просто С р .

Теплоемкость при постоянном объеме

Опять же из определения, C v = M × c v , где C v измерено при постоянном объеме, c v — их удельная теплоемкость.Поэтому температуру одного г-моль газа, повышенную на один градус при постоянном объеме, называют теплоемкостью при постоянном объеме или просто С v .

Теплоемкость в термодинамике

Отсюда, подобно внутренней энергии, энтальпии, энтропии и теплоемкости свободной энергии, также и термодинамические свойства. Пусть dq энергия, необходимая для повышения температуры dT одного моля газообразного вещества. Следовательно, термодинамическое определение удельной теплоемкости C = dq/dT, где dq = функция пути. Следовательно, значения изменения теплоты зависят от фактического процесса, который следует за этим измерением. Но мы можем наложить определенные ограничения, чтобы получить точные значения C p и C v . Обычные ограничения при постоянном давлении и при постоянном объеме.

Значения Cp и Cv для газов

Расчет C p или C v зависит от давления и объема, особенно в случаях свойств газов. Следовательно, наблюдаемое количество в двух операциях будет разным.Следовательно, для измерения теплоемкости необходимо указать условия давления и объема. При изучении химии и физики C p , C v, и C p /C v или γ некоторых газов при давлении 1 атм и температуре 298 K приведены ниже в таблице,

Газы Сп резюме γ
Аргон (Ar) 4,97 2. 98 1,66
Гелий (Не) 4,97 2,98 1,66
Ртуть (Hg) 5,00 3,00 1,67
Водород (H 2 ) 6,85 4,86 ​​ 1,40
Азот (N 2 ) 6,96 4,97 1,40
Кислород (O 2 ) 7.03 5,03 1,40
Углекислый газ (CO 2 ) 8,83 6,80 1,30
Диоксид серы (SO 2 ) 9,65 7,50 1,29
вода (H 2 O) 8,67 6,47 1,34
Метан (СН 4 ) 8,50 6,50 1.31

Задача: Газы C p и C v имеют 0,125 и 0,075 кал г/м -1 K -1 соответственно, как рассчитать молекулярную массу и формулу газа уравнение теплопроводности. Если можно, назовите газ.

Решение: M = 40 и ⋎ = 1,66 (моноатомный), Ar (аргон).

Формула механической работы

Одноатомный газ можно нагреть при постоянном давлении и постоянном объеме в цилиндре, снабженном поршнем.Когда газ расширяется против поршня, дает механическую энергию. Чтобы добиться повышения температуры на 1°, подведенного тепла должно быть достаточно для увеличения энергии молекул, а также для совершения дополнительной механической работы.

Следовательно, C p равно некоторой механической энергии, необходимой для подъема поршня из объема V 1 в V 2 . C P – C V = механическая работа или энергия = PdV = P(V 2 – V 1 ) = PV 2 – PV 1 .Если газы подчиняются закону идеального газа, PV = RT. Следовательно, C p – C v = R(T + 1) – RT, или C p – C v = R = 2 калории.

Формула теплоемкости

Рассмотрим одноатомные газы, такие как аргон или гелий. Если такие газы нагревают при постоянном объеме, это используется для увеличения кинетической энергии поступательного движения. Так как одноатомные молекулы газа не могут ни поглощаться при колебательном, ни вращательном движении. Если теплота не используется для совершения механической работы расширения, когда объем газа остается постоянным.Следовательно, кинетическая энергия одномолярных идеальных газов при температуре T равна E = 3PV/2 = 3RT/2. Увеличение кинетической энергии при повышении температуры на 1° для одноатомного газа гелия или аргона, ΔE = 3{R(T+1) – RT}/2 = 3R/2 =3 калории.

Теплота, выделяемая при постоянном объеме, равна увеличению кинетической энергии на единицу градуса повышения температуры. Следовательно, C v = ΔE = 3 калории. Для одного моля одноатомного газа отношение C p / C v , универсально выраженное символом γ, вычисляется по следующему уравнению: γ = C p / C v и C p – C v = Р. Следовательно, γ = (C v + R)/C v
= (3 + 2)/3 = 1,66.

Cp и Cv для многоатомного газа

Для многоатомных молекул подведенное тепло расходуется не только на увеличение кинетической энергии, но и на увеличение колебательной или вращательной энергии. Пусть x калорий используется для увеличения вибрационных или вращательных целей.

C p – C v = 2 калории остаются постоянными для этого уравнения энергии, но расчет C p /C v отличается от газа к газу.

Уравнение энергии и удельная теплоемкость

Теплота, подводимая к одному грамм-молю газа при постоянном объеме для повышения температуры на один градус, имеет C v для одноатомных или многоатомных газов. Но одноатомные газы используют эту энергию для увеличения поступательной кинетической энергии, а многоатомные газы используют ее для увеличения поступательной, колебательной и вращательной кинетической энергии.

Расчет теплоемкости

Экспериментальные и расчетные значения C p и C v revels обусловлены следующими фактами.Из-за идеального расположения одноатомных газов C v /R = 1,5. Поэтому значения C p и C v не зависят от температуры в широком диапазоне. Для многоатомных газов были обнаружены две точки неупорядоченности, первая всегда ниже предсказанного значения, а вторая заметна в зависимости от температуры. Наблюдаемые значения теплоемкости многоатомных газов лежат в диапазоне от 2,5 до 3,5.

Классическая механика не описывает изменение этих молекулярных свойств.Поэтому мы используем квантовую механику. Принцип равнораспределения получен из классического рассмотрения непрерывного поглощения энергии атомом, управляемого распределением Максвелла. Колебательная и вращательная энергия имеют место в дискретных единицах, но измеренное значение удельной теплоемкости газа или газов объясняется только на основе квантового уравнения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.