Как се намира количеството топлина? Изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или отделено от него при охлаждане
Упражнение 81.
Изчисли количество топлина, който се отделя при редукция на Fe 2O3 метален алуминий, ако се получи 335,1 g желязо. Отговор: 2543,1 kJ.
Решение:
Уравнение на реакцията:
\u003d (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) \u003d -1669,8 - (-822,1) \u003d -847,7 kJ
Изчисляване на количеството топлина, което се отделя при получаване на 335,1 g желязо, произвеждаме от пропорцията:
(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : Х; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,
където 55,85 е атомната маса на желязото.
Отговор: 2543,1 kJ.
Топлинен ефект на реакцията
Задача 82.
Газообразен етанол C2H5OH може да се получи чрез взаимодействие на етилен C 2 H 4 (g) и водна пара. Напишете термохимичното уравнение за тази реакция, като предварително сте изчислили топлинния й ефект. Отговор: -45,76 kJ.
Решение:
Уравнението на реакцията е:
C2H4 (g) + H2O (g) \u003d C2H5OH (g); =?
Стойностите на стандартните топлини на образуване на веществата са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлините на образуване прости веществаусловно се приема за нула. Изчислете топлинния ефект на реакцията, като използвате следствието от закона на Хес, получаваме:
\u003d (C 2 H 5 OH) - [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] \u003d
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ
Реакционни уравнения, в които около символи химични съединенияпосочени са техните състояния на агрегиране или кристална модификация, както и числената стойност на топлинните ефекти, наречени термохимични. В термохимичните уравнения, освен ако не е посочено друго, стойностите на топлинните ефекти при постоянно налягане Q p са посочени равни на промяната в енталпията на системата. Стойността обикновено се дава от дясната страна на уравнението, разделена със запетая или точка и запетая. Приемат се следните съкращения за агрегатното състояние на материята: Ж- газообразен, и- течност, да се
Ако в резултат на реакция се отделя топлина, тогава< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.
Отговор:- 45,76 kJ.
Задача 83.
Изчислете топлинния ефект от реакцията на редукция на железен (II) оксид с водород въз основа на следните термохимични уравнения:
а) EEO (c) + CO (g) \u003d Fe (c) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
c) H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O (g); = -241,83 kJ.
Отговор: +27,99 kJ.
Решение:
Уравнението на реакцията за редукция на железен оксид (II) с водород има формата:
EeO (k) + H 2 (g) \u003d Fe (k) + H 2 O (g); =?
\u003d (H2O) - [ (FeO)
Топлината на образуване на водата се дава от уравнението
H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ,
и топлината на образуване на железен оксид (II) може да се изчисли, ако уравнение (a) се извади от уравнение (b).
\u003d (c) - (b) - (a) \u003d -241,83 - [-283.o - (-13,18)] \u003d + 27,99 kJ.
Отговор:+27,99 kJ.
Задача 84.
При взаимодействието на газообразен сероводород и въглероден диоксид се образуват водни пари и въглероден дисулфид СS 2 (g). Напишете термохимичното уравнение за тази реакция, предварително изчислете нейния топлинен ефект. Отговор: +65,43 kJ.
Решение:
Ж- газообразен, и- течност, да се- кристален. Тези символи се пропускат, ако агрегатното състояние на веществата е очевидно, например O 2, H 2 и др.
Уравнението на реакцията е:
2H 2 S (g) + CO 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + CS 2 (g); =?
Стойностите на стандартните топлини на образуване на веществата са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлините на образуване на прости вещества условно се приемат равни на нула. Топлинният ефект на реакцията може да се изчисли с помощта на следствието e от закона на Хес:
\u003d (H 2 O) + (CS 2) - [(H 2 S) + (CO 2)];
= 2(-241.83) + 115.28 – = +65.43 kJ.
2H 2 S (g) + CO 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = +65,43 kJ.
Отговор:+65,43 kJ.
Уравнение на термохимичната реакция
Задача 85.
Напишете термохимичното уравнение за реакцията между CO (g) и водорода, в резултат на която се образуват CH 4 (g) и H 2 O (g). Колко топлина ще се отдели по време на тази реакция, ако се получат 67,2 литра метан по отношение на нормални условия? Отговор: 618,48 kJ.
Решение:
Реакционните уравнения, в които техните състояния на агрегиране или кристална модификация са посочени в близост до символите на химичните съединения, както и числената стойност на топлинните ефекти, се наричат термохимични. В термохимичните уравнения, освен ако не е изрично посочено, стойностите на топлинните ефекти при постоянно налягане Q p са посочени равни на промяната в енталпията на системата. Стойността обикновено се дава от дясната страна на уравнението, разделена със запетая или точка и запетая. Приемат се следните съкращения за агрегатното състояние на материята: Ж- газообразен, и- нещо да се- кристален. Тези символи се пропускат, ако агрегатното състояние на веществата е очевидно, например O 2, H 2 и др.
Уравнението на реакцията е:
CO (g) + 3H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + H 2 O (g); =?
Стойностите на стандартните топлини на образуване на веществата са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлините на образуване на прости вещества условно се приемат равни на нула. Топлинният ефект на реакцията може да се изчисли с помощта на следствието e от закона на Хес:
\u003d (H2O) + (CH4)-(CO)];
\u003d (-241,83) + (-74,84) - (-110,52) \u003d -206,16 kJ.
Термохимичното уравнение ще изглежда така:
22,4 : -206,16 = 67,2 : Х; х \u003d 67,2 (-206,16) / 22? 4 \u003d -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.
Отговор: 618,48 kJ.
Топлина на образуване
Задача 86.
Топлинният ефект на коя реакция е равен на топлината на образуване. Изчислете топлината на образуване на NO от следните термохимични уравнения:
а) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H 2 O (g); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3 (g) + 3O2 (g) \u003d 2N2 (g) + 6H2O (g); = -1530,28 kJ
Отговор: 90,37 kJ.
Решение:
Стандартната топлина на образуване е равна на топлината на образуване на 1 mol от това вещество от прости вещества при стандартни условия (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). Образуването на NO от прости вещества може да бъде представено по следния начин:
1/2N 2 + 1/2O 2 = НЕ
Дадена е реакцията (а), при която се образуват 4 мола NO, и реакцията (б), при която се образуват 2 мола N2. И двете реакции включват кислород. Следователно, за да определим стандартната топлина на образуване на NO, ние съставяме следния цикъл на Хес, т.е. трябва да извадим уравнение (a) от уравнение (b):
Така, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90,37 kJ.
Отговор: 618,48 kJ.
Задача 87.
Кристалният амониев хлорид се образува при взаимодействието на газообразен амоняк и хлороводород. Напишете термохимичното уравнение за тази реакция, като предварително сте изчислили топлинния й ефект. Колко топлина ще се отдели, ако в реакцията са изразходвани 10 литра амоняк при нормални условия? Отговор: 78,97 kJ.
Решение:
Уравненията на реакциите, в които техните състояния на агрегиране или кристална модификация са посочени в близост до символите на химичните съединения, както и числената стойност на топлинните ефекти, се наричат термохимични. В термохимичните уравнения, освен ако не е изрично посочено, стойностите на топлинните ефекти при постоянно налягане Q p са посочени равни на промяната в енталпията на системата. Стойността обикновено се дава от дясната страна на уравнението, разделена със запетая или точка и запетая. Приемат се следните да се- кристален. Тези символи се пропускат, ако агрегатното състояние на веществата е очевидно, например O 2, H 2 и др.
Уравнението на реакцията е:
NH3 (g) + HCl (g) \u003d NH4Cl (k). ; =?
Стойностите на стандартните топлини на образуване на веществата са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлините на образуване на прости вещества условно се приемат равни на нула. Топлинният ефект на реакцията може да се изчисли с помощта на следствието e от закона на Хес:
\u003d (NH4CI) - [(NH3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.
Термохимичното уравнение ще изглежда така:
Топлината, отделена по време на реакцията на 10 литра амоняк в тази реакция, се определя от пропорцията:
22,4 : -176,85 = 10 : Х; x \u003d 10 (-176,85) / 22,4 \u003d -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.
Отговор: 78,97 kJ.
Какво се загрява по-бързо на печката - чайник или кофа с вода? Отговорът е очевиден - чайник. Тогава вторият въпрос е защо?
Отговорът е не по-малко очевиден - защото масата на водата в чайника е по-малка. Отлично. Сега можете да направите своя собствен истински физически опитвкъщи. За да направите това, ще ви трябват две еднакви малки тенджери, равно количество вода и растително масло, например по половин литър и котлон. Сложете тенджери с масло и вода на същия огън. А сега само гледайте какво ще загрее по-бързо. Ако има термометър за течности може да го използвате, ако няма може просто да пробвате температурата от време на време с пръст, само внимавайте да не се изгорите. Във всеки случай скоро ще видите, че маслото се загрява значително. по-бързо от водата. И още един въпрос, който също може да се приложи под формата на опит. Какво ще заври по-бързо - топла водаили студено? Отново всичко е очевидно – топлият ще свърши първи. Защо всички тези странни въпроси и експерименти? За да се определи физическо количество, наречено "количеството топлина".
Количество топлина
Количеството топлина е енергията, която тялото губи или печели по време на пренос на топлина. Това става ясно от името. При охлаждане тялото ще загуби известно количество топлина, а при нагряване ще поеме. И отговорите на нашите въпроси ни показаха от какво зависи количеството топлина?Първо, толкова повече телесна маса, теми голямо количествотрябва да се изразходва топлина, за да се промени температурата му с един градус. На второ място, количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от веществото, от което е съставено, тоест от вида на веществото. И трето, разликата в телесната температура преди и след пренос на топлина също е важна за нашите изчисления. Въз основа на гореизложеното можем Определете количеството топлина по формулата:
Q=cm(t_2-t_1) ,
където Q е количеството топлина,
m - телесно тегло,
(t_2-t_1) - разликата между началната и крайната температура на тялото,
c - специфичен топлинен капацитет на веществото, намира се от съответните таблици.
Използвайки тази формула, можете да изчислите количеството топлина, което е необходимо за загряване на всяко тяло или което това тяло ще отдели, когато се охлади.
Количеството топлина се измерва в джаули (1 J), като всяка друга форма на енергия. Тази стойност обаче беше въведена не толкова отдавна и хората започнаха да измерват количеството топлина много по-рано. И те използваха единица, която се използва широко в наше време - калория (1 кал). 1 калория е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус по Целзий. Водени от тези данни, любителите на преброяването на калориите в храната, която ядат, могат, за интерес, да изчислят колко литра вода може да се свари с енергията, която консумират с храната през деня.
Както знаете, по време на различни механични процеси настъпва промяна в механичната енергия. Мярката за промяна на механичната енергия е работата на силите, приложени към системата:
По време на пренос на топлина настъпва промяна във вътрешната енергия на тялото. Мярката за промяна на вътрешната енергия по време на пренос на топлина е количеството топлина.
Количество топлинае мярка за промяната във вътрешната енергия, която тялото получава (или отдава) в процеса на пренос на топлина.
По този начин както работата, така и количеството топлина характеризират промяната в енергията, но не са идентични с енергията. Те не характеризират състоянието на самата система, но определят процеса на пренос на енергия от една форма в друга (от едно тяло в друго), когато състоянието се промени и по същество зависят от естеството на процеса.
Основната разлика между работата и количеството топлина е, че работата характеризира процеса на промяна на вътрешната енергия на системата, придружен от трансформация на енергия от един вид в друг (от механична към вътрешна). Количеството топлина характеризира процеса на прехвърляне на вътрешна енергия от едно тяло към друго (от по-нагрято към по-малко нагрято), което не е придружено от енергийни трансформации.
Опитът показва, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тяло с маса m от температура до температура, се изчислява по формулата
където c е специфичният топлинен капацитет на веществото;
Единицата SI за специфична топлина е джаул на килограм-Келвин (J/(kg K)).
Специфична топлина c е числено равно на количеството топлина, което трябва да се предаде на тяло с маса 1 kg, за да се нагрее с 1 K.
Топлинен капацитеттялото е числено равно на количеството топлина, необходимо за промяна на температурата на тялото с 1 K:
Единицата SI за топлинен капацитет на тялото е джаул на келвин (J/K).
За да се превърне течността в пара при постоянна температура, необходимото количество топлина е
където L е специфичната топлина на изпарение. Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина.
За да се стопи кристално тяло с маса m при точката на топене, е необходимо да се информира тялото за количеството топлина
където е специфичната топлина на топене. При кристализацията на едно тяло се отделя същото количество топлина.
Количеството топлина, отделена по време на пълно изгарянемаса на горивото m,
където q е специфичната топлина на изгаряне.
Единицата SI за специфични топлина на изпаряване, топене и изгаряне е джаул на килограм (J/kg).
(или пренос на топлина).
Специфичен топлинен капацитет на веществото.
Топлинен капацитете количеството топлина, погълнато от тялото при нагряване с 1 градус.
Топлинният капацитет на тялото се обозначава с главни букви латиница ОТ.
Какво определя топлинния капацитет на тялото? На първо място, от неговата маса. Ясно е, че загряването например на 1 килограм вода ще изисква повече топлина, отколкото загряването на 200 грама.
Какво ще кажете за вида на веществото? Нека направим експеримент. Нека вземем два еднакви съда и като налеем вода с маса 400 в единия от тях, а в другия растително маслос тегло 400 g, ще започнем да ги нагряваме с помощта на еднакви горелки. Като наблюдаваме показанията на термометрите, ще видим, че маслото се загрява бързо. За да загреете вода и масло до еднаква температура, водата трябва да се загрява по-дълго. Но колкото по-дълго нагряваме водата, толкова повече топлина получава тя от горелката.
По този начин, за да се нагрее една и съща маса от различни вещества до една и съща температура, са необходими различни количества топлина. Количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, и следователно неговият топлинен капацитет зависят от вида на веществото, от което е съставено това тяло.
Така например, за да се повиши температурата на вода с маса 1 kg с 1 ° C, е необходимо количество топлина, равно на 4200 J, а за да се нагрее същата маса слънчогледово масло с 1 ° C, количество от необходима е топлина, равна на 1700 J.
Физическото количество, което показва колко топлина е необходима за нагряване на 1 kg вещество с 1 ºС, се нарича специфична топлина това вещество.
Всяко вещество има свой специфичен топлинен капацитет, който се обозначава с латинската буква c и се измерва в джаули на килограм-градус (J / (kg ° C)).
Специфичният топлинен капацитет на едно и също вещество е различен агрегатни състояния(твърдо, течно и газообразно) е различно. Например специфичният топлинен капацитет на водата е 4200 J/(kg ºС), а специфичният топлинен капацитет на леда е 2100 J/(kg ºС); алуминият в твърдо състояние има специфичен топлинен капацитет 920 J/(kg - °C), а в течно състояние е 1080 J/(kg - °C).
Имайте предвид, че водата има много висок специфичен топлинен капацитет. Поради това водата в моретата и океаните, нагрявайки се през лятото, поема голямо количество топлина от въздуха. Поради това на местата, които се намират в близост до големи водни басейни, лятото не е толкова горещо, колкото на места, далеч от водата.
Изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или отделено от него при охлаждане.
От изложеното по-горе става ясно, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от вида на веществото, от което се състои тялото (т.е. неговия специфичен топлинен капацитет) и от масата на тялото. Също така е ясно, че количеството топлина зависи от това с колко градуса ще повишим температурата на тялото.
Така че, за да определите количеството топлина, необходимо за загряване на тялото или освободено от него по време на охлаждане, трябва да умножите специфичната топлина на тялото по неговата маса и разликата между крайната и началната температура:
Q = см (T 2 - T 1 ) ,
където Q- количество топлина, ° Се специфичният топлинен капацитет, м- телесна маса , T 1 - начална температура, T 2 е крайната температура.
При нагряване на тялото t 2 > T 1 и следователно Q > 0 . Когато тялото е охладено t 2и< T 1 и следователно Q< 0 .
Ако е известен топлинният капацитет на цялото тяло ОТ, Qсе определя по формулата:
Q \u003d C (t 2 - T 1 ) .
>>Физика: Количество топлина
Възможно е да се промени вътрешната енергия на газа в цилиндъра не само чрез извършване на работа, но и чрез нагряване на газа.
Ако поправите буталото ( фиг.13.5), тогава обемът на газа не се променя при нагряване и не се извършва работа. Но температурата на газа, а оттам и вътрешната му енергия, се повишава.
Процесът на предаване на енергия от едно тяло на друго без извършване на работа се нарича топлообменили пренос на топлина.
Количествената мярка за промяната на вътрешната енергия по време на пренос на топлина се нарича количество топлина. Количеството топлина се нарича още енергията, която тялото отделя в процеса на топлообмен.
Молекулярна картина на топлообмена
При топлообмен няма преобразуване на енергия от една форма в друга; част от вътрешната енергия на горещо тяло се прехвърля към студено тяло.
Количеството топлина и топлинния капацитет.Вече знаете, че за нагряване на тяло с маса мтемпература t1до температура t2необходимо е да се прехвърли количеството топлина към него:
Когато тялото се охлади, неговата крайна температура t2е по-ниска от началната температура t1а количеството топлина, отдадено от тялото, е отрицателно.
Коефициент ° Свъв формула (13.5) се нарича специфична топлинавещества. Специфичният топлинен капацитет е стойност, числено равна на количеството топлина, което вещество от 1 kg получава или отдава, когато температурата му се промени с 1 K.
Специфичният топлинен капацитет зависи не само от свойствата на веществото, но и от процеса, при който се осъществява топлообмен. Ако нагреете газ при постоянно налягане, той ще се разшири и ще върши работа. За да се нагрее газ с 1°C при постоянно налягане, той трябва да предаде повече топлина, отколкото да се нагрее при постоянен обем, когато газът само ще се нагрее.
Течностите и твърдите вещества се разширяват леко при нагряване. Техните специфични топлинни мощности при постоянен обем и постоянно налягане се различават малко.
Специфична топлина на изпарение.За да превърнете течността в пара по време на процеса на кипене, е необходимо да й прехвърлите определено количество топлина. Температурата на течността не се променя, когато кипи. Превръщането на течност в пара при постоянна температура не води до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите, но е придружено от увеличаване на потенциалната енергия на тяхното взаимодействие. В крайна сметка средното разстояние между молекулите на газа е много по-голямо, отколкото между молекулите на течността.
Нарича се стойността, числено равна на количеството топлина, необходимо за превръщане на 1 kg течност в пара при постоянна температура специфична топлина на изпарение. Тази стойност се обозначава с буквата rи се изразява в джаули на килограм (J/kg).
Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: rH2O\u003d 2,256 10 6 J / kg при температура 100 ° C. В други течности, например алкохол, етер, живак, керосин, специфичната топлина на изпаряване е 3-10 пъти по-малка от тази на водата.
Преобразуване на течност в маса мпарата изисква количество топлина, равно на:
Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина:
Стойност, числено равна на количеството топлина, необходимо за превръщане на кристално вещество с тегло 1 kg при точка на топене в течност, се нарича специфична топлина на топене.
При кристализацията на вещество с маса 1 kg се отделя точно толкова топлина, колкото се поглъща при топенето.
Специфичната топлина на топене на леда е доста висока: 3,34 10 5 J/kg. „Ако ледът нямаше висока топлина на топене“, пише Р. Блек през 18 век, „тогава през пролетта цялата маса лед ще трябва да се стопи за няколко минути или секунди, тъй като топлината непрекъснато се прехвърля към леда от въздуха. Последствията от това биха били ужасни; тъй като дори при сегашната ситуация големи наводнения и големи водни потоци възникват от топенето на големи масиви от лед или сняг.”
За да се стопи кристално тяло с маса м, необходимото количество топлина е:
Количеството топлина, отделена при кристализацията на тялото, е равно на:
Вътрешната енергия на тялото се променя при нагряване и охлаждане, при изпаряване и кондензация, при топене и кристализация. Във всички случаи определено количество топлина се предава или отвежда от тялото.
???
1. Това, което се нарича количество топлина?
2. От какво зависи специфичният топлинен капацитет на веществото?
3. Какво се нарича специфична топлина на изпаряване?
4. Какво се нарича специфична топлина на топене?
5. В кои случаи количеството топлина е положителна стойност, а в кои е отрицателна?
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Физика 10 клас
Съдържание на урока резюме на урокаопорна рамка презентация на уроци ускорителни методи интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашни дискусионни въпроси риторични въпроси от студенти Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки графики, таблици, схеми хумор, анекдоти, вицове, комикси притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии чипове за любознателни измамни листове учебници основни и допълнителни речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебника елементи на иновация в урока замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроци календарен планза година насокидискусионни програми Интегрирани уроциАко имате корекции или предложения за този урок,
Зареждане...