Forudsigelse af endelig temperatur i et kalorimeter:En trin-for-trin guide

Af John Brennan, Opdateret 24. marts 2022

Billedkredit:tonuacatic/iStock/GettyImages

Kalorimetri er en hjørnesten i eksperimentel termokemi, som gør det muligt for forskere at bestemme reaktionsentalpier og varmekapacitet. Mens mange elever er komfortable med at måle den endelige temperatur (T_f) af et kalorimetereksperiment, er en fælles udfordring i klasseværelset at forudsige T_f, når reaktionsentalpien (ΔH_rxn) og varmekapaciteten af ​​alle komponenter er kendt. Denne artikel gennemgår denne beregning på en klar, systematisk måde.

Trin 1 – Identificer de givne data

Læs problemformuleringen omhyggeligt. Du finder typisk:

• ΔH_rxn for reaktionen (kJ)
• Reaktionsblandingens varmekapacitet, C_p,indhold (kJg⁻¹K⁻¹)
• Total masse af reaktionsprodukterne, m_indhold (g)
• Kalorimeterkonstant, C_cal (kJK⁻¹)
• Starttemperatur, T_i (°C)

Trin 2 – Antag et perfekt kalorimeter

I et ideelt, adiabatisk kalorimeter går ingen varme tabt til omgivelserne. Al varme frigivet ved reaktionen absorberes af kalorimeteret og dets indhold.

Trin 3 – Opsæt energibalancen

Fordi kalorimeteret og dets indhold når den samme sluttemperatur, er den frigivne varme lig med den absorberede varme:

ΔH_rxn =[C_p,indhold × m_indhold + C_cal] × (T_i – T_f)

Bemærk subtraktionsrækkefølgen:(T_i – T_f). Reaktionsentalpier er negative for eksoterme processer, så denne tegnkonvention holder algebraen ligetil.

Trin 4 – Løs for T_f

Omarranger ligningen:

ΔH_rxn / [C_p,contents × m_contents + C_cal] = T_i – T_f

Vend skiltet og tilføj T_i:

T_f = T_i – ΔH_rxn / [C_p,contents × m_contents + C_cal]

Trin 5 – Tilslut numrene

Eksempel:ΔH_rxn =–200kJ, C_p,indhold =0,00418kJg⁻¹K⁻¹, m_contents =200g, C_cal =2kJK⁻¹, T_i =25°C.

T_f = 25 – [–200 / (0.00418 × 200 + 2)]
    = 25 – [–200 / 2.836]
    = 25 + 70.5
    = 95.5 °C

Sluttemperaturen er 95,5°C.

Ting påkrævet

• Blyant og papir til skrabearbejde
• Videnskabelig lommeregner (eller regneark) til aritmetik

Referencer

• Kemiske principper:The Quest for Insight , Peter Atkins et al., 2008