Какое количество теплоты отдал: Какое количество теплоты отдал окружающей среде кипяток массой 3 кг при остывании до 50°

Содержание

Задачи на первый закон термодинамики

Репетитор
по физике

916 478 1032

П
Р
О
Г
Р
А
М
М
И
Р
О
В
А
Н
И
Е
Репетитор
916 478 1032

Репетитор
по физике

916 478 1032

Репетитор
по алгебре

916 478 1032

Репетитор
по физике

916 478 1032

Первый закон термодинамики .

\( Q=\Delta U+A \)

\(Q\) — Количество теплоты, полученное газом

Если \(\; Q>0 \; ,\) то газ получает тепло

Если \(\; Q < 0 \; , \) то газ отдает тепло

\( \Delta U \)-Изменение внутренней энергии газа

\(A\) — Работа газа

\(A=P \Delta V \)

\( \Delta V \)- Изменение объема газа

Если изменение объема газа равно нулю \(( \Delta V =0) \), то и работа газа равна нулю

Если газ расширяется , то \(\; A>0 \; ,\) (газ совершает положительную работу)

Если газ сужается , то \(\; A < 0 \; , \) и говорят:»Внешние силы совершают работу над газом « или » Работа газа отрицательна »

Задача 1.

Внутренняя энергия идеального газа возрастает на 300 Джоулей \((\Delta U=300 Дж) \; , \) при этом газ совершает работу \(A=200 Дж \; . \) Какое количество теплоты получил газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( Q=500 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(\Delta U=300 Дж\)

\(A=200 Дж \)

\(Q-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( Q=300 Дж+200 Дж=500 Дж \)

Ответ: \( Q=500 Дж \)

Задача 2.

Газ получает из внешней среды \(Q=500 Дж \; , \) при этом газ совершает работу \(A=200 Дж \; . \) Найти изменение внутренней энергии \( \Delta U \; .\)

Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( \Delta U= 300 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(Q=500 Дж \)

\(A=200 Дж \)

\(\Delta U-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( \Delta U=Q-A \)

\( \Delta U= 500 Дж- 200 Дж=300 Дж \)

Ответ: \( \Delta U= 300 Дж \)

Задача 3.

Газ получает из внешней среды \(Q=700 Дж \; , \) при этом внутренняя энергия газа возрастает на 150 Джоулей \( (\Delta U=150 Дж) \; .\) Какую работу совершает газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( A= 550 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(Q=700 Дж \)

\( \Delta U=150 Дж \)

\(A-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( A=Q-\Delta U \)

\( A= 700 Дж-150 Дж=550 Дж \)

Ответ: \( A= 550 Дж \)

Задача 4.

Газ получает из внешней среды \(Q=1700 Дж \; , \) при этом внутренняя энергия газа возрастает на 250 Джоулей \( (\Delta U=250 Дж) \; .

\) Какую работу совершает газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( A= 1450 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(Q=1700 Дж \)

\( \Delta U=250 Дж \)

\(A-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( A=Q-\Delta U \)

\( A= 1700 Дж-250 Дж=1450 Дж \)

Ответ: \( A= 1450 Дж \)

Задача 5.

Внутренняя энергия идеального газа уменьшается на 300 Джоулей \((\Delta U=-300 Дж) \; , \) при этом газ совершает работу \(A=500 Дж \; . \) Какое количество теплоты получил газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( Q=200Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(A=500 Дж \)

\( \Delta U=-300 Дж \)

\(Q-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( Q=-300 Дж+500 Дж=200Дж \)

Ответ: \( Q=200Дж \)

Задача 6.

Внутренняя энергия идеального газа уменьшается на 400 Джоулей \((\Delta U=-400 Дж) \; , \) при этом газ совершает работу \(A=450 Дж \; . \) Какое количество теплоты получил газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( Q=50Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(A=450 Дж \)

\( \Delta U=-400 Дж \)

\(Q-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( Q=-400 Дж+450 Дж=50Дж \)

Ответ: \( Q=50Дж \)

Задача 7.

Внутренняя энергия идеального газа уменьшается на 500 Джоулей \((\Delta U=-500 Дж) \; , \) при этом газ совершает работу \(A=500 Дж \; .

\) Какое количество теплоты получил газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( Q=0Дж \;\;\;\;\;\;\;\; \) Газ не получил тепло

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(A=500 Дж \)

\( \Delta U=-500 Дж \)

\(Q-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( Q=-500 Дж+500 Дж=0 Дж \)

Ответ: \( Q=0Дж \)

Газ не получил тепло , это адиабатный процесс, процесс идущий без теплообмена с окружающей средой

Задача 8.

Внутренняя энергия идеального газа уменьшается на 500 Джоулей \((\Delta U=-500 Дж) \; , \) при этом газ совершает работу \(A=200 Дж \; . \)
Какое количество теплоты получил(или отдал) газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( Q=-300Дж \;\;\;\;\;\;\;\; \) Газ не получил тепло,а отдал во внешнюю среду

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(A=200 Дж \)

\( \Delta U=-500 Дж \)

\(Q-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( Q=-500 Дж+200 Дж=-300 Дж \)

Ответ: \( Q=-300Дж \)

Газ не получил тепло , а отдал во внешнюю среду 300 Джоулей

Задача 9.

Внутренняя энергия идеального газа уменьшается на 1200 Джоулей \((\Delta U=-1200 Дж) \; , \) при этом газ совершает работу \(A=400 Дж \; . \)
Какое количество теплоты получил(или отдал) газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( Q=-800Дж \;\;\;\;\;\;\;\; \)
Газ не получил тепло,а отдал во внешнюю среду

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(A=400 Дж \)

\( \Delta U=-1200 Дж \)

\(Q-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\( Q=-1200 Дж+400 Дж=-800 Дж \)

Ответ: \( Q=-800Дж \)

Газ не получил тепло , а отдал во внешнюю среду 800 Джоулей

Задача 10.

Газ отдал во внешнюю среду 40 Джоулей \( (Q=-40 Дж ) \; , \) при этом внутренняя энергия газа уменьшается на 120 Джоулей \((\Delta U=-120 Дж) . \)
Найти совершенную газом работу.
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( A=80 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(Q=-40 Дж \)

\( \Delta U=-120 Дж \)

\(A-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\(-40 Дж =-120 Дж+A \)

\(-40 Дж +120 Дж=A \)

\(A=80 Дж \)

Ответ: \( A=80 Дж \)

Задача 11.

Газ отдал во внешнюю среду 85 Джоулей \( (Q=-85 Дж ) \; , \) при этом внутренняя энергия газа уменьшается на 135 Джоулей \((\Delta U=-135 Дж) . \)
Найти совершенную газом работу.
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( A=50 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(Q=-85 Дж \)

\( \Delta U=-135 Дж \)

\(A-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\(-85 Дж =-135 Дж+A \)

\(-85 Дж +135 Дж=A \)

\(A=50 Дж \)

Ответ: \( A=50 Дж \)

Задача 12.

Газ отдал во внешнюю среду 180 Джоулей \( (Q=-180 Дж ) \; , \) при этом внутренняя энергия газа уменьшается на 100 Джоулей \((\Delta U=-100 Дж) . \)
Найти совершенную газом работу.
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( A=-80 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\(Q=-180 Дж \)

\( \Delta U=-100 Дж \)

\(A-? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\(-180 Дж =-100 Дж+A \)

\(-180 Дж +100 Дж=A \)

\(A=-80 Дж \)

Работа газа отрицательна, значит газ сжался (объем газа уменьшился), Внешние силы совершили работу над газом \(A_{внешних сил}= 80 Дж \)

Ответ: \( A=-80 Дж \)

Задача 13.

Работа внешних сил над газом равна 200 Дж \( (A=-200 Дж) \) при этом внутренняя энергия газа увеличивается на 300 Джоулей \((\Delta U=300 Дж) . \)
Какое количество теплоты получил газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( Q= 100 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\( A=-200 Дж \)

\( \Delta U=300 Дж \)

\(Q -? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\(Q= -200 Дж + 300 Дж \)

\( Q= 100 Дж \)

Газ получил 100 Джоулей

Ответ: \( Q= 100 Дж \)

Задача 14.

Внешние силы совершают над газом работу 800 Дж \( (A=-800 Дж) \) при этом внутренняя энергия газа увеличивается на 800 Джоулей \((\Delta U=800 Дж) . \)
Какое количество теплоты получил газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( Q= 0 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\( A=-800 Дж \)

\( \Delta U=800 Дж \)

\(Q -? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\(Q= -800 Дж + 800 Дж \)

\( Q= 0 Дж \)

Ответ: \( Q= 0 Дж \)

Газ не получил тепло , это адиабатный процесс, процесс идущий без теплообмена с окружающей средой

Задача 15.

Газ получает количество теплоты 500 Джоулей, при этом его внутрення энергия возрастает на 500 Джоулей.
Какую работу совершает газ?
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( A= 0 Дж \)

Запишем уравнение Первого закона термодинамики:

Дано:
\( Q=500 Дж \)

\( \Delta U=500 Дж \)

\(A -? \)

\( Q=\Delta U+A \)

\(500 Дж= 500 Дж + A \)

\( A= 0 Дж \)

Газ не совершает работу

Ответ: \( A= 0 Дж \)

XVI международная олимпиада

Окончание. См. № 4/08

В.В.АЛЬМИНДЕРОВ, А.В.КРАВЦОВ, В. Г.КРЫШТОП,
МИК «Глюон»

[email protected]

7. Два моля идеального одноатомного газа сначала изохорно охладили, а затем изобарно нагрели до первоначальной температуры 400 К, увеличив объём газа в три раза. Какое количество теплоты отдал газ на участке 1–2?

Ответ. Газ отдаёт тепло на изохорном участке 1–2, следовательно, Q₁₂ = c_V · · T₁₂, где T₁₂ = Т₂ – Т₁. По условию задачи, Т₁ = Т₃, участок 2–3 – изобарный, и для него справедливо откуда получаем Для одноатомного идеального газа поэтому, подставляя полученные результаты в формулу для отданного количества теплоты, получим |Q₁₂| = RТ₁ =
= 6,65 кДж.

8. В сосуде на поверхности прозрачной жидкости плавает лёгкая тонкая плосковыпуклая линза выпуклой стороной вверх. Фокусное расстояние линзы в воздухе F. Показатель преломления жидкости n. Высота уровня жидкости в сосуде h. На каком расстоянии L над линзой на её главной оптической оси нужно расположить точечный источник света S, чтобы его изображение находилось на дне сосуда?

Ответ. Наличие среды с показателем преломления n со стороны плоской поверхности линзы увеличивает расстояние от линзы до изображения в n раз (в параксиальном приближении). Тогда

9. Через два неподвижных блока, находящихся на одной высоте, перекинута длинная лёгкая нить, к концам которой прикреплены два груза одинаковой массы. Нить начинают медленно оттягивать вниз за точку, находящуюся посередине между блоками. График зависимости силы F, прикладываемой к нити, от смещения x этой точки также приведён на рисунке.

Найдите приблизительно массу m каждого из грузов и расстояние между блоками.

Ответ. Из приведённого графика видим, что при больших смещениях х сила F стремится к постоянной величине 20 Н. Это говорит о том, что нити становятся практически параллельными, а т.к. смещение под действием силы F происходит квазистатически, то F = 2mg. Откуда mg = 10 Н, m 1 кг.

Для оценки расстояния между блоками оценим силу F, когда нити образуют между собой угол, например, 90°. В этом случае или
Этой силе соответствует расстояние х 1 м. Тогда расстояние между блоками приблизительно равно 2 м.

10. Нижние концы лестницы-стремянки массой m = 10 кг соединены верёвкой. Каждая сторона лестницы составляет с полом угол = 45°. Считая пол абсолютно гладким, найдите силу натяжения верёвки.

Ответ. Особенность этой задачи состоит в том, что силу натяжения нельзя найти из условия равновесия (ни из уравнения для сил, ни из уравнения моментов) лестницы как целого, т.к. она является внутренней силой. Для нахождения этой силы запишем уравнение моментов для правой части лестницы относительно оси соединения сторон лестницы-стремянки (верхняя точка О на рисунке):

Реакцию опоры N найдём из проекции на вертикальную ось уравнения для сил: 2N – mg = 0.

Тогда сила натяжения

Раздел «Задачи по физике для письменного тура»

1. Искусственный спутник Земли находится на круговой орбите высотой h = 200 км. Включается двигатель, и скорость спутника возрастает на = 5 км/с. В результате он улетает в межпланетное пространство. Найдите скорость спутника вдали от Земли. Радиус Земли 6370 км, ускорение свободного падения на поверхности Земли 9,8 м/с².

Ответ. где M_З – масса Земли.

Для круговой орбиты откуда

По закону сохранения механической энергии,

2. Известно, что компрессор домашнего холодильника периодически включается и выключается. Оцените соотношение времён работы и паузы компрессора, если известно, что его мощность около 100 Вт, через стенки холодильника за час проходит количество теплоты, равное 1 МДж, температура в помещении, где стоит холодильник, t₁ = 20 °С, температура внутри холодильника t₂ = 3 °С.

Ответ. Оценим минимальную среднюю мощность компрессора, необходимую для поддержания заданной температуры внутри холодильника. Допустим, что в холодильнике осуществляется обратный цикл Карно. Тогда при температуре T₂ отбирается количество теплоты Q₂ (именно эта энергия «просачивается» в холодильник сквозь стенки), окружающей среде отдаётся при температуре T₁ количество теплоты Q₁, при этом совершается работа A = Q₁ – Q₂.

Холодильный коэффициент в обратном цикле Карно

Работа компрессора связана с отбираемым количеством теплоты: Q₂ = _xA. После несложных преобразований получим

Подставив численные значения, получим среднюю мощность за время :

Вт.

Чтобы обеспечить такую среднюю мощность, двигатель мощностью 100 Вт должен работать примерно одну шестую часть времени цикла работа–покой. Реальный холодильник работает не по циклу Карно (реальные процессы вообще необратимые), поэтому нужна несколько бльшая средняя мощность, и «рабочая» доля времени также увеличится.

3. Оцените, какую мощность имеет 100-ваттная электрическая лампа накаливания в начальный момент включения её в осветительную сеть напряжением 220 В, если рабочая температура нити накаливания составляет 2700 °С, а температурный коэффициент сопротивления вольфрамовой нити накала 0,004 Ом/°С.

Ответ. Зависимость сопротивления от температуры R = R₀(1 + t), где R₀ – сопротивление при 0 °С. Поскольку перепад температур большой, то можно считать, что R₀ – сопротивление при комнатной температуре. Сопротивление горячей нити определим по известной номинальной мощности: R = U²/N = 484 Ом.

Сопротивление холодной нити

Мгновенная мощность при включении т.е. в 12 раз больше номинальной!

4. В камере кольцевого ускорителя по окружности радиусом R движется тонкий пучок электронов. В начальный момент времени значение силы тока I₀, количество частиц в камере N. Магнитный поток через неизменную орбиту пучка уменьшается со скоростью Каким станет значение силы тока после того, как частицы сделают один оборот? Рассмотрите нерелятивистский случай.

Ответ. Сила тока в пучке связана со скоростью частиц следующим образом: I = enS, где e – модуль заряда электрона, n – концентрация заряженных частиц; – скорость частицы; S – площадь пучка. Концентрация электронов ток пучка Изменение кинетической энергии электрона через один оборот

Поскольку магнитный поток уменьшается, то в соответствии с правилом Ленца ток пучка должен увеличиваться. Cкорость пучка после прохождения одного витка:

5. В чайнике «Тефаль» мощностью 1 кВт кипит вода. С какой скоростью из его носика вырывается струя пара, если площадь отверстия носика S = 5 см², теплота испарения воды r = 2,26 · 10⁶ Дж/кг, нормальное атмосферное давление p₀ = 10⁵ Па, универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж/(моль · К)?

Ответ. Количество теплоты, необходимое для испарения воды массой m, равно Q = rm. Поскольку вся эта энергия идёт на испарение воды, то мощность может быть определена как

Из уравнения Клапейрона–Менделеева найдём, что отсюда скорость испарения

где – искомая скорость струи пара.

В итоге находим

6. При какой минимальной начальной скорости можно перебросить камень с уровня Земли через полуцилиндрический ангар высотой (радиусом) R?

Ответ. Интуитивно представляется, что наименьшей начальной скорости соответствует симметричная траектория, касающаяся ангара в высшей его точке, т. A. Легко показать, что для такой траектории необходимая начальная скорость определяется выражением ₀² = 3gR. Но здесь интуиция нас подводит: в действительности оптимальная траектория касается цилиндра в двух симметрично расположенных точках B и C, положение которых определяется углом = 45°.

Чтобы доказать это, рассмотрим касающуюся цилиндра траекторию с произвольным углом и покажем, что из всего множества таких траекторий наименьшему значению полной механической энергии соответствует траектория с = 45°.

Пусть – величина скорости камня в точке B. Время t полёта камня от B до C запишем двумя способами: как отношение расстояния от B до C по горизонтали к (неизменной) горизонтальной проекции скорости cos, т.е. как t =2Rsin/(cos), и как время подъёма от B до вершины траектории и падения до C с ускорением свободного падения g: t = 2sin/g.

Приравнивая правые части этих выражений, получаем следующее выражение для квадрата необходимой скорости камня в точке B:
² = gR/cos. Будем считать потенциальную энергию камня равной нулю на уровне Земли. Тогда полная энергия камня при движении по рассматриваемой траектории пропорциональна следующему выражению: gR/cos + 2gRcos. Легко видеть, что минимум полной энергии будет при = 45°, когда Таким образом, для траектории с минимальной энергией квадрат скорости в точке B даётся выражением С помощью закона сохранения энергии находим соответствующую этой траектории начальную скорость (скорость на уровне Земли): (что немного меньше значения 3gR, соответствующего траектории, проходящей через точку A).

7. Металлический шар радиусом R, полный заряд которого равен Q, разрезан на две части. Плоскость разреза проходит на расстоянии L от центра шара (L < R). С какой силой отталкиваются эти части шара?

Ответ. Заряд металлического шара равномерно распределён по его поверхности с поверхностной плотностью На заряд каждого элемента поверхности действует сила со стороны зарядов всей остальной части поверхности. Эта электростатическая сила направлена по нормали к поверхности шара (по радиусу) наружу, что можно рассматривать как некоторое давление p изнутри шара на его поверхность, как если бы шар был изнутри заполнен газом. Легко показать, что это давление равно Сила отталкивания примыкающих одна к другой частей шара равна произведению этого давления на площадь разреза:

Статья подготовлена при поддержке компании «Коннект». Если вы решили приобрести качественную и надежную мебель для офиса и дома, то оптимальным решением станет обратиться в компанию «Коннект». Перейдя по ссылке: «офисные стулья дешево», вы сможете, не отходя от экрана монитора, заказать офисную мебель по выгодной цене. Более подробную информацию о ценах и акциях действующих на данный момент вы сможете найти на сайте www.konnekt-mebel.ru.

Сила отталкивания частей шара будет наибольшей, когда L = 0, т.е. когда шар разрезан по диаметру.

Как рассчитать количество выделяемого тепла

Обновлено 12 февраля 2020 г.

Клэр Гиллеспи

Некоторые химические реакции выделяют энергию за счет тепла. Другими словами, они передают тепло окружающей среде. Они известны как экзотермические реакции: «Экзо» относится к внешнему или внешнему, а «термический» означает тепло.

Некоторые примеры экзотермических реакций включают горение (горение), реакции окисления (ржавление) и реакции нейтрализации между кислотами и щелочами. Многие предметы повседневного обихода, такие как грелки для рук и самонагревающиеся банки для кофе и других горячих напитков, подвергаются экзотермическим реакциям.

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Для расчета количества тепла, выделяющегося в результате химической реакции, используйте уравнение Q = mc ΔT , где Q — тепловая энергия. переданная (в джоулях), m – масса нагреваемой жидкости (в килограммах), c – удельная теплоемкость жидкости (джоуль на килограмм градусов Цельсия), ΔT — изменение температуры жидкости (градусы Цельсия).

Разница между теплом и температурой

Важно помнить, что температура и тепло — это не одно и то же. Температура — это мера того, насколько горячим является предмет, измеряемая в градусах Цельсия или Фаренгейта, а тепло — это мера тепловой энергии, содержащейся в объекте, измеряемая в джоулях.

При передаче тепловой энергии к объекту повышение его температуры зависит от:

массы объекта
вещество, из которого сделан объект
количество энергии, приложенной к объекту

Чем больше тепловой энергии передается объекту, тем больше повышается его температура.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость ( c ) вещества – это количество энергии, необходимое для изменения температуры 1 кг вещества на 1 единицу температуры. Разные вещества имеют разную удельную теплоемкость, например, вода имеет удельную теплоемкость 4181 Дж/кг°С, кислород имеет удельную теплоемкость 918 Дж/кг °C, а удельная теплоемкость свинца составляет 128 Дж/кг °C.

Калькулятор тепловой энергии

формула теплоты:

Q = m × c × ΔT

Q – переданная энергия в джоулях, m m 10 – удельная масса вещества теплоемкость в Дж/кг градусов С, и ΔT — изменение температуры в градусах Цельсия в формуле удельной теплоемкости.

Калькулятор тепловыделения

Представьте, что 100 г кислоты смешали со 100 г щелочи, что привело к повышению температуры с 24°С до 32°С.

Уравнение реакции нейтрализации между кислотой и щелочь можно восстановить до:

H ⁺ + OH ^— —> h3O

Используемая формула: Q = mc ∆T

Масса = м = 100 г + 100 г / 1000 г на кг = 0,2 г (одна значащая цифра)

Удельная теплоемкость воды = c = 4,186 Дж/кг °C
Изменение температуры = ΔT = 24°C — 32°C = -8°C

Q = (0,2 кг) (4186 Дж/кг°C) (-8°C)
Q = -6688 Дж, что означает 6688 Дж выделяется тепло.

Теплота реакции — Химия LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 1937

Теплота реакции (также известная как Энтальпия реакции) представляет собой изменение энтальпии химической реакции, протекающей при постоянном давлении. Это термодинамическая единица измерения, используемая для расчета количества энергии на моль, высвобождаемой или образующейся в результате реакции. Поскольку энтальпия получается из давления, объема и внутренней энергии, которые являются функциями состояния, энтальпия также является функцией состояния.

Введение

\(ΔH\), или изменение энтальпии возникло как единица измерения, предназначенная для расчета изменения энергии системы, когда стало слишком сложно найти ΔU, или изменение внутренней энергии системы , путем одновременного измерения количества теплоты и работы в обмене. При постоянном давлении изменение энтальпии можно измерить как

\[ΔH=q\]

Более подробное объяснение см. в разделе, посвященном энтальпии.

Обозначение ΔHº или ΔHº 9Затем возникает 0166 rxn , чтобы объяснить точную температуру и давление теплоты реакции ΔH. Стандартная энтальпия реакции обозначается ΔHº или ΔHº _rxn и может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Единицами для ΔHº являются килоджоули на моль или кДж/моль.

ΔH и ΔH ^º _rxn

Δ = представляет собой изменение энтальпии; (ΔH _{продукты} — ΔH _{реагенты})
- положительное значение указывает на то, что продукты имеют большую энтальпию или что это эндотермическая реакция (требуется тепло)
- отрицательное значение указывает на то, что реагенты имеют большую энтальпию или что это экзотермическая реакция (выделяется тепло)
º = означает, что реакция представляет собой стандартное изменение энтальпии и происходит при заданном давлении/температуре
_rxn = означает, что это изменение представляет собой энтальпию реакции

Стандартное состояние : Стандартным состоянием твердого или жидкого вещества является чистое вещество при давлении 1 бар (10 ⁵ Па) и соответствующей температуре.

ΔHº _rxn представляет собой стандартную теплоту реакции или стандартную энтальпию реакции, и, подобно ΔH, также измеряет энтальпию реакции. Однако ΔHº _rxn происходит в «стандартных» условиях, что означает, что реакция происходит при 25°C и 1 атм. Преимущество измерения ΔH в стандартных условиях заключается в возможности связать одно значение ΔHº с другим, поскольку они возникают в одних и тех же условиях.

Как рассчитать ΔH экспериментально

Энтальпию можно измерить экспериментально с помощью калориметра. Калориметр представляет собой изолированную систему с постоянным давлением, поэтому ΔH=q=cp _sp x m x (ΔT)

Как рассчитать ΔH численно

используется. Другая, более подробная форма стандартной энтальпии реакции включает использование стандартной энтальпии образования ΔH 9\ominus_f\; (реагенты)\]

v _p = стехиометрический коэффициент продукта сбалансированной реакции
v _r = стехиометрический коэффициент реагентов сбалансированной реакции
ΔH ^º _f = стандартная энтальпия образования реагентов или продуктов

Поскольку энтальпия является функцией состояния, теплота реакции зависит только от конечного и начального состояний, а не от пути, по которому идет реакция. Например, реакция \( A \rightarrow B\) проходит через промежуточные стадии (то есть \(C \rightarrow D\)), но A и B остаются неизменными.

Следовательно, можно измерить энтальпию реакции как сумму ΔH трех реакций, применяя закон Гесса.

Дополнительные примечания

Поскольку ΔHº представляет собой общий обмен энергии в реакции, это значение может быть как положительным, так и отрицательным.

Положительное значение ΔHº представляет собой добавление энергии реакции (и энергии окружающей среды), что приводит к эндотермической реакции.
Отрицательное значение для ΔHº представляет собой удаление энергии из реакции (и в окружение), поэтому реакция является экзотермической.

Пример \(\PageIndex{1}\): сжигание ацетилена

Рассчитайте изменение энтальпии при сгорании ацетилена (\(\ce{C2h3}\))

Решение

1) Первый шаг: чтобы убедиться, что уравнение сбалансировано и правильно. Помните, что для сжигания углеводородов требуется кислород, и в результате образуется углекислый газ и вода.

\[\ce{2C2h3(г) + 5O2(г) -> 4CO2(г) + 2h3O(г)}\]

2) Затем найдите таблицу стандартных энтальпий образования, чтобы найти значения для компоненты реакции (таблица 7.2, текст Петруччи)

3) Сначала найдите энтальпии продуктов:

ΔHº _f CO ₂ = -393,5 кДж/моль

Умножьте это значение на стехиометрический коэффициент, что в данном случае равно 4 моль.

v _p ΔH ^º _F CO ₂ = 4 моль (-393,5 кДж/моль)

= -1574 кДж

ΔH ^º _F H ₂ O = -241.8 KJ167 H ₂ O = -241.8 kj -male ₂ o = -241. соединения составляет 2 моль. Итак,

v _p ΔH ^º _f H ₂ O = 2 моль (-241,8 кДж/моль)

= -483,6 кДж

2 произведений

Сумма произведений (Σ v _P ΔHº _F (Продукты)) = (-1574 кДж) + (-483,6 кДж) = -2057,6 кДж

Теперь найдите энальсии реагентов:

ΔHº _F C _{2 _{_{_{_{_{_{_{_₂}}}}}}}}

ΔHº _F C

Δhº _F C

ΔHº _F. H ₂ = +227 кДж/моль

Умножьте это значение на стехиометрический коэффициент, который в данном случае равен 2 моль.

v _p ΔHº _f C ₂ H ₂ = 2 моль (+227 кДж/моль)

= +454 кДж

9016 9016

0Hº0166 2 = 0,00 кДж/моль

Стехиометрический коэффициент этого соединения равен 5 моль. SO,

V _P ΔHº _F O ₂ = 5 моль (0,00 кДж/моль)

= 0,00 кДж

Добавить эти два значения, чтобы получить сумму реакций

SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM SOM. реагентов (Δ v _r ΔHº _f (реагентов)) = (+454 кДж) + (0,00 кДж) = +454 кДж

Сумму реагентов и продуктов теперь можно подставить в формулу:

ΔHº = Δ v _p ΔHº _f (продукты) — ? v _r ΔHº _f (реагенты)

= -2057,6 кДж — +454 кДж

= -2511,6 кДж

Практические задачи

H Вычислите удельную теплоемкость куска металла 8,4 кДж
кг-1·К-1 и массой 2 кг нагревается с 22 90 105 o 90 106 С до 28 90 105 o 90 106 С.
Если ΔH калориметра составляет +2001 Дж, сколько тепла потеряло вещество внутри чашки?
Рассчитайте ΔH следующей реакции: CO _{2 (г)} + H ₂ O _{(г) —>} H ₂ CO ₃ _(г), если стандартные значения 16H 90 f : CO ₂ _(г) : -393,509 кДж/моль, H ₂ O _(г) : -241,83 кДж/моль и H ₂ CO _{3 (_{3 g)}: -275,2 кДж/моль.}
Рассчитайте ΔH, если кусок алюминия с удельной теплоемкостью 0,9 кДж·кг-1·К-1 и массой 1,6 кг нагревается с 286 град.0105 или К до 299 ^или К.
Если расчетное значение ΔH положительное, соответствует ли это эндотермической или экзотермической реакции?

Растворы

ΔH=q=cp _sp x m x (ΔT) = (0,98) x (2) x (+6 ^o ) = 11,76 кДж
Так как тепло, полученное калориметром, равно теплу, потерянному системой, то вещество внутри должно было потерять минус +2001 Дж, что равно -2001 Дж.
ΔH ^º = ∑ΔV _P ΔH ^º _F (Продукты) — ∑Δ v _R ΔH ^º _F (Reactants) Sum Sum Sum, а это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что это означает, что Sum Sum Sum, а это означает, что Sum Sum Sum, а это означает, что Sum Sum Sum, а Sum Sum, а Sum Sum, а Sum Sum, а Sum Sum, а Sum Sum, а Sum Sum, а SUM. продуктов и вычесть ΔH продуктов: (-275,2 кДж) — (-393,509 кДж + -241,83 кДж) = (-275,2) — (-635,339) = +360,139 кДж.
ΔH=q=cp _sp x m x (ΔT) = (.9) x (1,6) x (13) = 18,72 кДж
Эндотермический, поскольку положительное значение указывает на то, что система ПОЛУЧИЛА тепло.

Ссылки

Петруччи и др. Общая химия: принципы и современные приложения.
No related posts.

Задачи на первый закон термодинамики

XVI международная олимпиада

Как рассчитать количество выделяемого тепла

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Разница между теплом и температурой

Удельная теплоемкость

Калькулятор тепловой энергии

Калькулятор тепловыделения

Теплота реакции — Химия LibreTexts

Введение

Как рассчитать ΔH экспериментально

Как рассчитать ΔH численно

Дополнительные примечания

Пример \(\PageIndex{1}\): сжигание ацетилена

Решение

Практические задачи

Растворы

Ссылки

Добавить комментарий Отменить ответ