Di John Brennan, aggiornato il 24 marzo 2022

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La calorimetria è una pietra angolare della termochimica sperimentale, poiché consente agli scienziati di determinare le entalpie di reazione e le capacità termiche. Mentre molti studenti si sentono a proprio agio nel misurare la temperatura finale (T_f) di un esperimento con il calorimetro, una sfida comune in classe è prevedere T_f quando l'entalpia di reazione (ΔH_rxn) e le capacità termiche di tutti i componenti sono note. Questo articolo esamina questo calcolo in modo chiaro e sistematico.

Passaggio 1:identificare i dati forniti

Leggi attentamente la dichiarazione del problema. In genere troverai:

• ΔH_rxn per la reazione (kJ)
• Capacità termica della miscela di reazione, C_p,contenuto (kJg⁻¹K⁻¹)
• Massa totale dei prodotti di reazione, m_contenuto (g)
• Costante del calorimetro, C_cal (kJK⁻¹)
• Temperatura iniziale, T_i (°C)

Passaggio 2 – Assumi un calorimetro perfetto

In un calorimetro adiabatico ideale, il calore non viene disperso nell'ambiente circostante. Tutto il calore rilasciato dalla reazione viene assorbito dal calorimetro e dal suo contenuto.

Passaggio 3:imposta il bilancio energetico

Poiché il calorimetro e il suo contenuto raggiungono la stessa temperatura finale, il calore rilasciato è uguale al calore assorbito:

ΔH_rxn =[C_p,contenuto × m_contenuto + C_cal] × (T_i – T_f)

Nota l'ordine di sottrazione:(T_i – T_f). Le entalpie di reazione sono negative per i processi esotermici, quindi questa convenzione sui segni mantiene l'algebra semplice.

Passaggio 4 – Risolvi per T_f

Riorganizza l'equazione:

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

Capovolgi il segno e aggiungi T_i:

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

Passaggio 5:inserisci i numeri

Esempio:ΔH_rxn =–200kJ, C_p,contenuto =0,00418kJg⁻¹K⁻¹, m_contenuto =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

La temperatura finale è di 95,5°C.

Cose necessarie

• Matita e carta per lavori da grattare
• Calcolatrice scientifica (o foglio di calcolo) per l'aritmetica

Riferimenti

• Principi chimici:la ricerca dell'intuizione , Peter Atkins et al., 2008