Калориметры измеряют тепло химической реакции или физического изменения, такого как таяние льда в жидкой воде. Теплота реакции важна для понимания термодинамики химических реакций и предсказания того, какие реакции будут происходить спонтанно. Базовый калориметр очень легко построить — все, что вам нужно, это пара чашек кофе из пенопласта, крышка и термометр. Однако перед использованием калориметра вам необходимо откалибровать его и определить его постоянную калориметра. Чтобы найти постоянную калориметра для вашего устройства, выполните действия, описанные ниже.
Наденьте халат, защитные очки и перчатки.
Соберите калориметр кофейной чашки, вставив одну кофейную чашку из пенопласта в другую и прикрепив крышку. Это может показаться простым, но если его правильно откалибровать, этот калориметр с кофейной чашкой может быть на удивление полезен для определения теплоты реакции.
Отмерьте примерно 50 мл холодной воды, используя мерный цилиндр. На этом этапе нет необходимости быть точным.
Измерьте вес вашего пустого калориметра с кофейной чашкой с точностью до 0, 01 грамма (или как можно ближе). Теперь добавьте 50 мл холодной воды, установите крышку на место и повторно взвесьте калориметр. Разница между пустым и полным весом — это вес холодной воды. Запишите это значение (с точностью до 0, 01 грамма).
Взвесьте стакан и запишите его вес (с точностью до 0, 01 грамма). Добавьте примерно 50 мл воды и снова взвесьте стакан. Разница между пустым и полным весом — это вес горячей воды. Запишите это значение (с точностью до 0, 01 грамма).
Используя кольцевую стойку и зажим, закрепите стакан так, чтобы он стоял над сеткой из проволочной сетки над горелкой Бунзена. Сетка из проволочной сетки препятствует прямому контакту пламени со стеклом. Поместите один из двух термометров в стакан и закрепите его с помощью зажима, чтобы он был подвешен в воде, но не касался дна стакана.
Зажгите бунзеновскую горелку и осторожно нагрейте горячую воду до температуры около 80 градусов Цельсия. Лучше нагревать ее медленно, чем нагревать слишком быстро и доводить до кипения.
Вставьте второй термометр в калориметр через крышку. Размешайте воду внутри калориметра в течение четырех минут и запишите ее температуру с интервалом в одну минуту с точностью до 0, 1 градуса C. Температура должна оставаться более или менее постоянной; если это не так, оставьте холодную воду еще как минимум на две минуты.
Незадолго до пятой минуты выключите горелку Бунзена, если вы еще этого не сделали, и запишите температуру горячей и холодной воды. Быстро и осторожно налейте всю горячую воду в калориметр, затем установите крышку на место и продолжите перемешивание с помощью термометра.
Измеряйте и записывайте температуру в калориметре с 30-секундными интервалами, пока не пройдет пять минут.
Откройте Excel или другую программу для работы с электронными таблицами. Введите время в виде значений X и температуры в качестве значений y и представьте свои данные в виде графика. Используйте программу для работы с электронными таблицами, чтобы найти линию, наиболее подходящую для данных после добавления горячей воды. Не включайте данные точек до добавления горячей воды в вашу линию наилучшего соответствия. Линия тренда должна быть линейной.
Запишите линию наилучшего соответствия из вашего графика. Подключите 5 минут для x и рассчитайте y (экстраполированная температура за 5 минут). Мы назовем эту экстраполированную температуру Tf.
Вычтите Tf из температуры горячей воды непосредственно перед тем, как добавить ее в калориметр. Это даст вам изменение температуры горячей воды, Чт. Умножьте Th на 4, 184 и массу горячей воды, чтобы узнать, сколько энергии горячая вода потеряла в джоулях.
Вычтите температуру холодной воды из Tf; это даст вам Tc, изменение температуры холодной воды. Умножьте на массу холодной воды и 4, 184, чтобы найти количество энергии, получаемой холодной водой в джоулях.
Вычтите энергию, полученную холодной водой из энергии, потерянной горячей водой. Это даст вам количество энергии, полученное калориметром.
Разделите энергию, получаемую калориметром, на Tc (изменение температуры холодной воды). Этот окончательный ответ — ваша постоянная калориметра.
подсказки
-
Константа калориметра никогда не может быть отрицательной — если это так, вы допустили ошибку… Попробуйте выполнить несколько испытаний и усреднить результаты этих испытаний, чтобы уменьшить вашу ошибку. Неопределенность в вашем окончательном среднем будет плюс / минус 2 раза от стандартного отклонения.
Предупреждения
-
ВСЕГДА будьте предельно осторожны при работе с открытым огнем. Никогда не позволяйте своим волосам, одежде или легковоспламеняющимся материалам приближаться к огню. Потушите горелку, когда она больше не используется. Будьте предельно осторожны при работе с горячей водой; вода при температуре 80 градусов может вызвать неприятные ожоги или ожоги, если вы пролили ее на кожу.
With a calorimeter, you can measure reaction enthalpies or heat capacities using the final temperature (Tf) of the contents. But what if you know the reaction enthalpy of your reaction and the heat capacities of the materials you are using and you want to predict what Tf will be instead? You can do this too — and in fact, this kind of problem is a common question on quizzes in chemistry classes.
- Pencil
- Paper
- Calculator
Reread the homework/quiz question and determine what information you can extract from the question. You will probably be given a reaction enthalpy, the calorimeter constant and the heat capacity of the mixture formed by the reaction in the calorimeter, together with the starting temperatures.
Assume the calorimeter is perfect, i.e. that it does not lose heat to its environment.
Remember that in a perfect calorimeter, the heat given off by the reaction is equal to the sum of the heat gained by the calorimeter and the heat gained by its contents. Moreover, both the calorimeter and its contents will reach the same final temperature — Tf. Consequently, you can use this information to write the following equation: Reaction enthalpy = (heat capacity of contents) x (mass of contents) x (Ti — Tf) + (Calorimeter constant) x (Ti — Tf) where Ti is the initial temperature and Tf is the final temperature. Notice that you’re subtracting Tfinal from Tinitial and not the other way around. That’s because in chemistry, reaction enthalpies are negative if the reaction gives off heat. If you want, you can subtract Ti from Tf instead, as long as you remember to flip the sign on your answer when you’re done.
Solve for Tf as follows: Reaction enthalpy = (heat capacity of contents) x (mass of contents) x (Ti — Tf) + (Calorimeter constant) x (Ti — Tf)
Factor (Ti — Tf) out of the right side to yield: Reaction enthalpy = (Ti — Tf) x ( (heat capacity of contents) x (mass of contents) + (Calorimeter constant) )
Divide both sides by ( (heat capacity of contents) x (mass of contents) + (Calorimeter constant) ) to yield the following: Reaction enthalpy / ( (heat capacity of contents) x (mass of contents) + (Calorimeter constant) ) = Ti — Tf
Flip the sign on both sides then add Ti to both sides to yield the following: Ti — ( Reaction enthalpy / ( (heat capacity of contents) x (mass of contents) + (Calorimeter constant) ) ) = Tf
Plug in the numbers given you as part of the question and use them to calculate Tf. For example, if the reaction enthalpy is -200 kJ, the heat capacity of the mixture formed by the reaction is 0.00418 kJ/gram Kelvin, the total mass of the products of the reaction is 200 grams, the calorimeter constant is 2 kJ / K, and the initial temperature is 25 C, what is Tf?
Answer: First, write out your equation: Tf = Ti — ( Reaction enthalpy / ( (heat capacity of contents) x (mass of contents) + (Calorimeter constant) ) )
Now, plug in all your numbers and solve: Tf = 25 degrees — (-200 kJ / (0.00418 kJ/g K times 200 g + 2 kJ/K) ) Tf = 25 degrees — (-200 kJ / 2.836 kJ/K) Tf = 25 + 70.5 Tf = 95.5 degrees C
Things You’ll Need
Для решения нужны табличные данные: t0 = 0 ºС — температура плавления льда, с1 = 4190 Дж/(кг∙К) — удельная теплоемкость воды, с2 = 2100 Дж/(кг∙К) — удельная теплоемкость льда, λ = 330 кДж/кг — удельная теплота плавления льда.
Происходит теплообмен между двумя телами (вода при температуре t1 = 10 °C и лед при температуре t2 = –40 ºС и). Запишем уравнение теплового баланса для двух тел:
[Q_{1} +Q_{2} =0.]
В задаче неизвестна конечная температура веществ, поэтому мы не можем сразу определить все фазовые переходы, которые произойдут с веществами. Необходим анализ условия, который проведем по следующему плану:
1. Определим, достаточно ли энергии, чтобы начался фазовый переход, который может быть при нагревании или охлаждении данных веществ.
При нагревании льда до t0 = 0 °С, он может начать плавиться; вода при охлаждении до t0 = 0 °С, может начать кристаллизоваться. Сравним значения энергий, необходимых для охлаждения воды и для нагревания льда до температуры фазового перехода t0. Эти энергии рассчитаем по формулам
[Q_{v1} =c_{1} cdot m_{1} cdot left(t_{1} -t_{0} right),; ; Q_{l1} =c_{2} cdot m_{2} cdot left(t_{0} -t_{2} right),]
Qv1 = 16760 Дж — для воды, Ql1 = 50400 Дж — для льда.
Так как Qv1 < Ql1, то энергии, которая выделится при охлаждении воды не хватает, для того, чтобы нагреть лед до температуры плавления t0. Следовательно, вода охладиться до 0 °С и начнет замерзать.
2. Определим, достаточно ли энергии, которая выделится при охлаждении и кристаллизации воды, чтобы нагреть лед до 0 °С.
[Q_{v2} =m_{1} cdot lambda ,]
Qv2 = 132000 Дж, Qv1 + Qv2 = 148760 Дж.
Так как (Qv1 + Qv2) > Ql1, то энергии, которая выделится при охлаждении и кристаллизации воды, достаточно чтобы нагреть лед до 0 °С.
Следовательно, в калориметре, будут происходить следующие процессы:
1. Вода охладиться до 0 °С и частично замерзнет;
2. лед нагреется до 0 °С.
В калориметре установится температура 0 °С.
Определение постоянной калориметра
Энтальпию
ΔН
(тепловой эффект при постоянном давлении)
процесса, протекающего
а калориметре, определяют, измерив точно
скачок температуры
ΔТ
в результате реакции:
ΔH
= kΔT
,
где
k
— постоянная калориметра.
Физически
смысл постоянной калориметра есть
теплоемкость калориметра,
численно равная количеству теплоты,
необходимому для нагревания
всех частей калориметра на один градус.
Постоянную
калориметра определяют по известной
энтальпии растворения
эталонного вещества, В данной работе
применяют нитрат калия
КNO3.
Для определения тщательно растирают
соль в фарфоровой ступке
и взвешивают с точностью до 0,01 г
примерно 2 г соли. В
реакционный сосуд пипеткой вносят точно
50 см3
дистиллированной веды,
закрывают его пробкой и укрепляют в ней
термометр и мешалку. Непрерывно
перемешивая воду, контролируя время с
помощью секундомера,
через каждые 30 секунд измеряют температуру
воды с точностью
до 0,1°.
После установления постоянного изменения
температуры в
калориметре проводят 10 измерений
температуры через каждые 30 секунд,
которые составляют «предварительный
период», затем
быстро вносят навеску нитрата калия и,
интенсивно перемешивая раствор,
наблюдают за изменением температуры,
продолжая измерения температуры
в прежнем режиме («главный период»).
Окончанием главного
периода считают вновь установившийся
равномерный ход изменения
температуры. Проводят еще 10 измерений
температуры («заключительный
период»). Данные наблюдений вносят в
таблицу 1.
Определение энтальпии нейтрализации
Студент
получает у преподавателя один из
следующих вариантов задания
(см. табл.2).
Реакционный
сосуд после определения постоянной
калориметра несколько
раз ополаскивают дистиллированной
водой и пипеткой вносят в
него 25 см3
кислоты, закрывают сосуд пробкой с
мешалкой и термометром и производят 10
измерений температуры «предварительного
периода» при равномерном перемешивании
раствора.
Через боковое ответвление реакционного
сосуда вносят в него
25 см3
основания. При непрерывном перемешивании
раствора производят
измерения температуры в «главном» и
«заключительном» периодах.
Экспериментальные данные записывают
в таблицу 1.
Таблица 1
Электролиты (концентрация) |
Температура, |
||
(предварительный период) |
(главный период) |
(заключительный |
|
KNO3 |
1. |
11. |
16. |
2. |
12. |
17. |
|
… |
… |
… |
|
1. |
1. |
11. |
16. |
2. |
12. |
17. |
|
… |
… |
… |
|
2. |
|||
3. |
Таблица
2
Вариант |
Задание |
Вариант |
Задание |
1. |
NaOH |
9. |
NaOH |
NaOH |
NH4OH |
||
2. |
NaOH |
10. |
KOH |
NaOH |
NH4OH |
||
3. |
NaOH |
11. |
KOH |
NaOH |
NH4OH |
||
4. |
NaOH |
12. |
KOH |
KOH |
NH4OH |
||
5. |
NaOH |
13. |
KOH |
KOH |
NH4OH |
||
6. |
NaOH |
14. |
KOH |
KOH |
NH4OH |
||
7. |
NaOH |
15. |
KOH |
NH4OH |
NH4OH |
||
6. |
NaOH |
||
NH4OH |
Обработка
результатов
Рис.1. Зависимость
изменения температуры во времени
На
основании экспериментальных данных
(табл.1) вычерчивают на миллиметровой
бумаге график изменения температуры
во времени (рис.1.).
На рисунке АВ — предварительный, BD
— главный, DE
-заключительный
периоды. Для графического определения
точного значения
ΔT
проецируют точки В и D
на ось ординат, находят середину отрезка
BD
и опускают перпендикуляр к оси ординат
(сС). Продлевают линейные участки АВ и
DE
до пересечения с линией сС. Отрезок сс`
соответствует
изменению температуры ΔТ
в калориметрическом опыте с учетом
поправки на теплообмен.
Определим
значение ΔТ
для нитрата калия, вычисляют постоянную
калориметра k
по уравнению:
,где
ΔHраств(KNO3)
—
известная энтальпия растворения нитрата
калия, равная 36,02
(при 29 1 К) или 34,93 (при 298K)
кДж/моль; n
— количество вещества нитрата калия,
моль.
Определяют
энтальпию нейтрализации (ΔНi)
для раствора данной i-той молярной
концентрации (сi)
по уравнению
ΔHi
= kΔT
Вычислив
энтальпию нейтрализации для данного
количества кислотыили
основания, рассчитывают интегральную
энтальпию нейтрализации ΔHнейтр
на
один моль кислоты(основания).
где 25 – объем
раствора, см3.
Оценивают
погрешность (П%) полученного значения
энтальпии нейтрализации по отношению
к табличному значению:
Учитывая,
что при образовании 1 моль воды из ионов
водорода игидроксида
выделяется 55,9 кДж, по закону Гесса
определяют теплоту диссоциации
уксусной кислоты или гидроксида аммония.
Результаты
вычислений записывают в
табл.3
Таблица
З
Электролит |
С,моль/л |
ΔT, |
ΔH,КДж |
ΔHнейтр кДж/моль |
, |
KNO3 |
|||||
NaOH+HCI |
|||||
NaOH+HAc |
|||||
(образец) |
Выводы
Исходя
из экспериментальных и расчетных
значений необходимо
оценить силу изученных кислот и оснований,
объяснить отклонение
полученной экспериментально энтальпии
нейтрализации от теоретической.
Лабораторная
работа № 10
Исследование
кинетики сорбции полимерами
компонентов
агрессивной среды
Настоящие
методические указания составлены в
соответствии со стандартом по физической
и коллоидной химии для студентов
технических высших учебных заведений
по разделам курса «Химическая кинетика»
и «Коллоидная химия».
Цель
работы: Исследование процессов
сорбции агрессивных сред полимерами,
сравнительная оценка агрессивности
различных сред и химического сопротивления
различных полимерных материалов.
Конструкционные
полимерные материалы часто эксплуатируются
в присутствии агрессивных сред. При
этом протекают физические и химические
процессы, сопровождающиеся изменением
структуры и свойств полимеров. Различают
физически и химически агрессивные
среды.
Физически
активной средой является та, которая
не вступает в химическое взаимодействие
с полимерами. Такие среды, как правило,
вызывают обратимые изменения в полимерном
материале, но иногда их воздействие
приводит и к необратимым изменениям.
Под воздействием физически активных
агрессивных сред протекают процессы
адсорбции (поверхностные процессы) и
сорбции (поглощение в объеме) компонентов
агрессивной среды полимерами. Адсорбция
приводит к изменению значения поверхностной
энергии на границе полимер – среда.
Сорбция агрессивных сред вызывает,
обычно, ослабление межмолекулярного
взаимодействия в полимерах. Интенсивность
воздействия физически активных сред
на полимеры приближенно оценивается
величиной сорбции, которая, согласно
гильдебранту, будет тем больше, чем
меньше разность параметров растворимости
полимера и среды. В таблице 1 представлены
параметры растворимости некоторых
полимеров и растворителей.
Под
действием на полимеры физически активных
сред, например органических растворителей,
может происходить их набухание. При
набу3хании уменьшается прочность
полимерного материала вследствие
возникновения растрескивания полимеров,
что обусловлено тремя причинами.
Во-первых, высокая скорость набухания
приводит к увеличению объема растворителя
в образце полимерного материала.
Во-вторых, растворитель, накапливаясь
в трещинах и пустотах полимера, вызывает
осмотические и капиллярные явления.
В-третьих, агрессивная среда, проникая
на границу раздела фаз наполнителя и
связующего, уменьшает когезионную
прочность. Предельным случаем набухания
является растворение полимера.
Таблица
1
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
В какой-то момент своей жизни вы, наверное, задавались вопросом, что за калорийность после просмотра этикетки с информацией о питании для данного продукта. Кроме того, что многие люди любят видеть меньшие числа при сканировании таких этикеток, что такое калория?
А как «калории» добавляют массу живым системам, если это действительно так? И как вы можете быть уверены, что количество калорий, указанное для данного продукта — будь то значение обнадеживающего или удручающего — было точно определено?
Нагревать — одно из многих свойств окружающего мира, которое вы, вероятно, можете хорошо описать несколькими хорошо подобранными словами, но оно имеет более конкретное значение в физических науках. Калорийность — это мера тепла, так же как и джоуль (Дж) и британская тепловая единица (BTU). Изучение теплообмена — это раздел физической науки, известный как калориметрия, который, в свою очередь, использует устройства, называемые калориметры.
Интуитивно вам может показаться странным, что охлажденные или замороженные продукты, такие как мороженое и чизкейк, могут вместить в небольшую порцию много того, что предположительно является горячим. Кроме того, если калории каким-то образом превращаются в тепло, не должны ли продукты, которые содержат их больше, на самом деле приводить к весу?
потеря а не прибавил массу тела?
Это хорошие вопросы, и после того, как вы прочтете оставшуюся часть этой статьи, вы получите эти и многое другое, чтобы перенести их в следующую калориметрическую лабораторию или обсудить спортивное питание.
Что такое тепло в физике?
Тепло можно рассматривать главным образом как термальная энергия. Как и другие формы энергии, у него есть единицы джоули (или эквивалент в единицах, не относящихся к системе СИ). Теплота — это неуловимая величина, поскольку ее трудно измерить напрямую. Вместо этого можно использовать изменения температуры в контролируемых экспериментальных условиях, чтобы определить, получила ли система или потеряла тепло.
Тот факт, что тепло рассматривается как энергия, означает, что его отслеживание — математически простое упражнение, даже если эксперименты иногда затрудняют создание условий, при которых тепловая энергия не уходит и не ускользает от измерения. Но из-за фундаментальных реалий, таких как закон сохранения энергии, Таблицы тепла в принципе довольно просты.
Материалы имеют разные уровни устойчивости к изменению температуры, когда определенное количество тепла добавляется к фиксированному количеству этого вещества. То есть, если вы взяли 1 килограмм вещества A и 1 килограмм вещества B и добавили одинаковое количество тепла к каждому из них, при этом не было разрешено теплоотводить ни один из них. система, температура A может повыситься всего на одну пятую от температуры вещества B.
Это означало бы, что вещество А имеет удельная теплоемкость в пять раз больше, чем у вещества А, и эта концепция будет подробно рассмотрена ниже.
Единицы тепла и «калорийность»
«Калорийность», указанная на этикетках пищевых продуктов, на самом деле является килокалорией или ккал. Так что на самом деле типичная банка сладкой газировки содержит около 120 000 калорий, условно выраженных в калориях в повседневном общении.
- Калорийность это латинское слово, вполне подходящее для обозначения тепла.
Калорийность эквивалентна примерно 4,184 Дж, что означает, что ккал, рассматриваемый как калория на этикетках продуктов питания, равен 4,184 Дж или 4,184 кДж. Скорость расхода энергии (джоулей в секунду) в физической науке называется мощностью, а единицей СИ является ватт (Вт), равный 1 Дж / с. Таким образом, одного ккал достаточно для питания системы, работающей от 0,35 до 0,4 кВт (350 Дж / с) в течение примерно 12 секунд:
P = E / t, поэтому t = E / P = 4,186 кДж / (0,35 кДж / с) = 12,0.
- Тренированный спортсмен на выносливость, такой как велосипедист или бегун, способен поддерживать такую мощность в течение продолжительных периодов времени. Теоретически, 100-калорийный (100-ккал) энергетический напиток может удерживать олимпийского велосипедиста или марафонца примерно 100 раз по 12 секунд или 20 минут. Поскольку человеческая система не является почти на 100% механически эффективной, ей фактически требуется более 300 ккал, чтобы работать на почти полной аэробной мощности в течение этого времени.
В калорийность определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Одна из проблем заключается в том, что существует небольшое изменение c воды в зависимости от температуры во всем диапазоне температур, при котором H2О — жидкость. «Удельная» в «удельной теплоемкости» относится не только к конкретным материалам, но и к определенной температуре.
-
Плотность большинства материалов составляет 20
° C или 25 ° C.
Определенная теплоемкость и удельная теплоемкость
Технически термины «теплоемкость» и «удельная теплоемкость» означают разные вещи, даже если вы можете видеть их взаимозаменяемыми в менее строгих источниках.
Теплоемкость, когда первоначально была придумана, относилась просто к количеству тепла, необходимому для нагревания всего объекта (который может быть сделан из нескольких материалов) на заданное количество. Удельная теплоемкость означает количество тепла, необходимое для повышения температуры на 1 грамм. из конкретного материала на 1 градус Цельсия или Кельвина (° C или K).
- Хотя шкалы температуры Цельсия и Кельвина не совпадают, они различаются на фиксированную величину, так как ° C + 273 = K, где K не может быть отрицательным. Это означает, что данное числовое изменение температуры в одной шкале вызывает такую же величину изменения в другой, в отличие от случая взаимного преобразования Фаренгейта-Цельсия.
Вместо того, чтобы сокращать «удельную теплоемкость» до «теплоемкость», используйте термин удельная теплоемкость, как это принято в авторитетных источниках.
Что такое калориметрия?
Цель калориметр заключается в улавливании тепла, выделяемого в каком-либо процессе, например экзотермической химической реакции, которое в противном случае было бы потеряно для окружающей среды. Когда изменение температуры системы, а также масса и удельная теплоемкость калориметрического узла известны, можно определить количество тепла, поступающего в систему в процессе. Примеры приведены в следующем разделе.
Калориметр может быть изготовлен из ряда различных материалов при условии, что они будут изолирующими (т.е. не допускающими теплопередачи; этот термин также используется в электромагнетизме для обозначения сопротивления переносу электрического заряда).
Одна распространенная версия может быть сделана из чашки из пенополистирола и хорошо сидящей крышки. В этом калориметре кофейной чашки в качестве растворителя обычно используется вода, а термометр и (при необходимости) палочка для перемешивания плотно вставляются через небольшие отверстия в крышке чашки.
Формула калориметрии
Изменение теплоты замкнутой системы (положительное по определению в случае калориметра) определяется выражением произведение массы системы, теплоемкости калориметра и изменения температуры система:
Q = mC∆T
Где:
- Q = выделенное тепло (равно поглощенному — выделенному теплу) в джоулях (Дж)
- m = масса в килограммах (кг)
- c = удельная теплоемкость в Дж / кг⋅ ° C (или Дж / кг⋅K)
- ∆T = изменение температуры в ° C (или K)
Тепло, которое выделяется в результате любой экзотермической (выделяющей тепло) химической реакции, происходящей в калориметре, обычно рассеивается в окружающей среде. Это потеря, связанная с изменением термодинамической величины, известной как энтальпия который описывает как внутреннюю энергию системы, так и изменения в соотношении давление-объем в системе. Вместо этого это тепло удерживается между растворителем и крышкой чашки.
Ранее была введена идея сохранения энергии. Поскольку тепло, поступающее в калориметр, должно равняться теплу, выделяемому системой внутри калориметра, состоящего из реагентов и для самих продуктов знак изменения тепла для этой системы отрицательный и имеет ту же величину, что и тепло, получаемое калориметр.
Приведенные выше и связанные утверждения предполагают, что из калориметра не выходит только тепло или незначительное количество тепла. Когда теплоизоляция отсутствует, тепло перемещается из более теплых мест в более прохладные, поэтому без надлежащей изоляции тепло будет покидать узел калориметра для окружающей среды, если температура окружающей среды не выше, чем у калориметр.
Некоторые общие удельные теплоемкости
Следующая таблица включает удельную теплоемкость в Дж / кг⋅ ° C некоторых часто встречающихся элементов и соединений.
- ЧАС2О, лед: 2.108
- ЧАС2О, вода: 4,184
- ЧАС2O, водяной пар: 2,062
- Метанол: 2,531
- Этанол: 2,438
- Бензол: 1,745
- Углерод, графит: 0,709
- Углерод, алмаз: 0,509
- Алюминий: 0,897
- Железо: 0,449
- Медь: 0,385
- Золото: 0,129
-
Меркурий: 0,140
-
Поваренная соль (NaCl): 0,864
- Кварц: 0,742
- Кальцит: 0,915
Учтите, что вода имеет необычно большую теплоемкость. Возможно, это нелогично, что грамм воды нагревается менее чем на одну десятую от грамма воды, учитывая такое же количество добавленного тепла, но это важно для жизни на всей планете.
Вода составляет около трех четвертей вашего тела, что позволяет вам переносить большие колебания температуры окружающей среды. В более широком смысле океаны действуют как резервуары тепла, помогая стабилизировать температуру во всем мире.
Теплоемкость калориметра.
Теперь вы готовы к некоторым расчетам с использованием калориметров.
Пример 1: Во-первых, возьмем простой случай растворения грамма гидроксида натрия (NaOH) в 50 мл воды при 25 ° C. Возьмем теплоемкость воды при этой температуре равной 4,184 Дж / кг⋅ ° C и примите во внимание, что 50 мл воды имеют массу 50 грамм или 0,05 кг. Если температура раствора повышается до 30,32 ° C, сколько тепла набирает калориметр?
У вас Q = mc∆T = (0,05 кг) (4,184 кДж / кг⋅ ° C) (30,32 — 5,32 ° C)
= 1,113 кДж или 1,113 Дж.
Пример 2: Теперь рассмотрим случай домашнего накопителя солнечной энергии, устройство, которое со временем становится все более популярным. Предположим, это устройство использует 400 л воды для хранения тепловой энергии.
В ясный летний день начальная температура воды 23,0 ° C. В течение дня температура воды повышается до 39,0 ° C, поскольку она циркулирует через «водяную стену» устройства. Сколько энергии накоплено в воде?
Снова предположим, что масса воды составляет 400 кг, то есть плотность воды можно считать равной точно 1,0 в этом температурном диапазоне (это упрощение).
На этот раз представляющее интерес уравнение:
Q = mc∆T = (400 кг) (4,184 кДж / кг⋅ ° C) (39 ° C — 23 ° C)
= 26,778 Дж = 26,78 кДж.
Этой энергии достаточно, чтобы запитать обогреватель мощностью 1,5 кВт примерно на 17 секунд:
(26,78 кДж) (кВт / (кДж / с) / (1,5 кВт) = 17,85 с
Скорее всего, домовладельцы планируют его другое использование, если они живут в солнечном доме.
Калькулятор калориметрии
Вы можете использовать онлайн-калькуляторы, которые позволяют легко переводить единицы удельной теплоемкости, включая необычные, но не полностью исчезнувшие единицы, такие как британские тепловые единицы / фунт.моФ.