Bomb Calorimeter vs Coffee Cup Calorimeter Problem - Constant Pressure vs Constant Volume Calorimet

The Organic Chemistry Tutor

22 Sept 201710:11

Summary

TLDRفي هذا الفيديو، تم استكشاف الفرق بين جهاز قياس الحرارة ذو الكوب الورقي وجهاز قياس الحرارة القنبلة. يشرح الفيديو كيفية استخدام جهاز قياس الحرارة ذو الكوب الورقي لقياس التغير في الطاقة عند الضغط الثابت، وهو مثالي لحساب التغير في الإنثالبي. أما جهاز قياس الحرارة القنبلة، فيعمل عند الحجم الثابت ويقيس الطاقة المنبعثة أثناء احتراق المادة. يتم شرح كيفية حساب الطاقة المحترقة لكل مول من الإيثانول باستخدام معطيات مثل السعة الحرارية لجهاز القنبلة والتغير في درجة الحرارة. النتيجة النهائية هي حساب الطاقة المحترقة للإيثانول والتي تساوي -1370 كيلوجول/مول.

Takeaways

😀 الفرق بين جهاز القهوة وجهاز القنبلة يكمن في الطريقة التي يقيسان بها الطاقة: جهاز القهوة يقيس التغيير في الطاقة عند الضغط الثابت، بينما جهاز القنبلة يقيس التغيير عند الحجم الثابت.
😀 جهاز القهوة يتطلب كوبًا من الستايروفوم الذي يعمل كعازل حراري جيد، ويحتوي على ماء لامتصاص الطاقة من المادة المذابة مثل كلوريد الكالسيوم.
😀 في جهاز القهوة، يتم قياس التغيير في درجة الحرارة للماء لمعرفة كمية الطاقة الممتصة، والتي تستخدم لحساب التغير في الإنثالبي.
😀 جهاز القنبلة يحتوي على غرفة احتراق راسخة، حيث لا يتوسع الحجم، ويستخدم لقياس الطاقة الناتجة عن احتراق المواد.
😀 الفرق الرئيسي بين الجهازين هو أن جهاز القهوة يقيس التغيرات في الإنثالبي عند الضغط الثابت، بينما جهاز القنبلة يقيس الطاقة الناتجة عند الحجم الثابت.
😀 جهاز القنبلة يحتوي على أسلاك إشعال لبدء التفاعل الاحتراقي، ويمتص الماء المحيط الحرارة الناتجة، ويقاس التغيير في درجة حرارة الماء.
😀 يتم حساب الطاقة الناتجة من التفاعل في جهاز القنبلة عن طريق ضرب سعة الحرارة في التغيير في درجة الحرارة.
😀 إذا كان التغيير في درجة الحرارة لمتوسط الحرارة في جهاز القنبلة إيجابيًا، فهذا يشير إلى أن التفاعل كان ماصًا للحرارة بالنسبة للجهاز، وبالتالي التفاعل نفسه كان طاردًا للحرارة.
😀 في المسألة المقدمة، تم حرق 3.36 جرام من الإيثانول في جهاز القنبلة، وكانت سعة الجهاز 2.3 كيلو جول/°C، مع تغيير في درجة الحرارة من 12.1 إلى 55.5 درجة مئوية.
😀 تم حساب طاقة الاحتراق لكل مول من الإيثانول باستخدام معادلات تحوّل الكتلة إلى مولات، ومن ثم قسمة الطاقة التي امتصها جهاز القنبلة على عدد المولات.

Q & A

ما الفرق بين جهاز قياس الحرارة في الأكواب الورقية وجهاز قياس الحرارة في القنبلة؟
-جهاز قياس الحرارة في الأكواب الورقية يعمل عند ضغط ثابت، ويقيس التغير في الحرارة الناتج عن تفاعل يحل في المحلول. أما جهاز قياس الحرارة في القنبلة فيعمل عند حجم ثابت، ويقيس التغير في الحرارة الناتج عن احتراق المادة في غرفة مغلقة بحيث لا يتغير الحجم.
لماذا يتم استخدام الأكواب الورقية المصنوعة من الستايروفوم في جهاز قياس الحرارة؟
-يتم استخدام الأكواب الورقية المصنوعة من الستايروفوم لأنها مادة عازلة حراريًا جيدة، مما يساعد في تقليل فقدان الحرارة إلى البيئة المحيطة ويضمن أن الحرارة المتولدة أثناء التفاعل تذهب إلى الماء داخل الكأس.
ما هي قيمة السعة الحرارية لجهاز القنبلة في هذه المسألة؟
-السعة الحرارية لجهاز القنبلة في هذه المسألة هي 2.3 كيلو جول لكل درجة مئوية.
كيف يتم حساب الحرارة الممتصة من قبل جهاز القنبلة؟
-يتم حساب الحرارة الممتصة بواسطة ضرب السعة الحرارية لجهاز القنبلة في التغير في درجة الحرارة. المعادلة هي: q = C × ΔT، حيث C هي السعة الحرارية وΔT هو التغير في درجة الحرارة.
ما هي العلاقة بين التفاعل في جهاز القنبلة والحرارة الممتصة من قبل القنبلة؟
-إذا كانت الحرارة الممتصة من قبل القنبلة تعتبر عملية امتصاص حراري (انتقال طاقة إلى القنبلة)، فإن التفاعل في جهاز القنبلة يكون عملية احتراق تنبعث منها حرارة، مما يعني أن التفاعل هو عملية حرارية طاردة (طاقة تخرج من النظام).
ما هو الحساب الذي يجب القيام به لتحويل كتلة الإيثانول إلى مولات؟
-يتم تحويل كتلة الإيثانول إلى مولات بقسمة الكتلة على الكتلة المولية للإيثانول. في هذه المسألة، يتم قسمة 3.36 جرامًا من الإيثانول على الكتلة المولية البالغة 46.068 جرامًا/مول.
ما هي الكتلة المولية للإيثانول؟
-الكتلة المولية للإيثانول هي 46.068 جرامًا لكل مول.
كيف يتم حساب طاقة الاحتراق لكل مول من الإيثانول؟
-لحساب طاقة الاحتراق لكل مول، يتم قسمة إجمالي الطاقة المنبعثة من التفاعل (التي تم حسابها بأنها -99.82 كيلو جول) على عدد المولات المحترقة من الإيثانول، والذي تم حسابه كـ 0.0729 مول.
لماذا نستخدم جهاز القنبلة لقياس طاقة الاحتراق بدلاً من قياس التغير في الإنثالبي؟
-نستخدم جهاز القنبلة لقياس طاقة الاحتراق لأن هذا القياس يتم عند حجم ثابت، بينما يتم قياس الإنثالبي عند ضغط ثابت. لذا، جهاز القنبلة يستخدم لقياس طاقة الاحتراق وليس الإنثالبي.
كيف يتم تحديد ما إذا كان التفاعل في جهاز القنبلة طارداً أم ماصًا للحرارة؟
-إذا كانت درجة حرارة جهاز القنبلة تزيد، فهذا يعني أن التفاعل طارد للحرارة (أي أن التفاعل يطلق طاقة حرارية). أما إذا انخفضت درجة الحرارة، فهذا يشير إلى أن التفاعل ماص للحرارة.