Av John Brennan, uppdaterad 24 mars 2022

Bildkredit:tonuacatic/iStock/GettyImages

Kalorimetri är en hörnsten i experimentell termokemi, vilket gör det möjligt för forskare att bestämma reaktionsentalpier och värmekapacitet. While many students are comfortable measuring the final temperature (T_f) of a calorimeter experiment, a common classroom challenge is predicting T_f when the reaction enthalpy (ΔH_rxn) and the heat capacities of all components are known. Den här artikeln går igenom den beräkningen på ett tydligt och systematiskt sätt.

Steg 1 – Identifiera givna data

Läs problemformuleringen noggrant. Du hittar vanligtvis:

• ΔH_rxn för reaktionen (kJ)
• Reaktionsblandningens värmekapacitet, C_p,innehåll (kJg⁻¹K⁻¹)
• Total massa av reaktionsprodukterna, m_contents (g)
• Kalorimeterkonstant, C_cal (kJK⁻¹)
• Initial temperatur, T_i (°C)

Steg 2 – Antag en perfekt kalorimeter

I en idealisk, adiabatisk kalorimeter går ingen värme förlorad till omgivningen. All värme som frigörs vid reaktionen absorberas av kalorimetern och dess innehåll.

Steg 3 – Ställ in energibalansen

Eftersom kalorimetern och dess innehåll når samma sluttemperatur, är den värme som frigörs lika med den värme som absorberas:

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

Notera subtraktionsordningen:(T_i – T_f). Reaktionsentalpier är negativa för exoterma processer, så denna teckenkonvention håller algebra rakt på sak.

Steg 4 – Lös för T_f

Ordna om ekvationen:

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

Vänd på skylten och lägg till T_i:

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

Steg 5 – Koppla in numren

Example:ΔH_rxn =–200 kJ, C_p,contents =0.00418 kJ g⁻¹ K⁻¹, m_contents =200 g, C_cal =2 kJ K⁻¹, T_i =25 °C.

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

Sluttemperaturen är 95,5°C.

Saker som behövs

• Blyerts och papper för skraparbete
• Vetenskaplig kalkylator (eller kalkylblad) för aritmetik

Referenser

• Kemiska principer:The Quest for Insight , Peter Atkins et al., 2008