일정 압력 열계량법, Constant Pressure Calorimetry

일정 압력 열계량법, Constant Pressure Calorimetry

 

 

열용량이 325 J/℃인 일정 압력 열량계에서 0.900 M HCl 85.0 mL를 0.900 M KOH 85.0 mL와 섞었다. 두 용액의 초기 온도가 모두 18.24℃로 같았다면 혼합 용액의 최종 온도는 얼마인가? 중화열은 –56.2 kJ/mol이다. 용액들의 밀도와 비열은 물과 같다고 가정한다.

 

 

A quantity of 85.0 mL of 0.900 M HCl is mixed with 85.0 mL of 0.900 M KOH in a constant-pressure calorimeter that has a heat capacity of 325 J/℃. If the initial temperatures of both solutions are the same at 18.24℃, what is the final temperature of the mixed solution? The heat of neutralization is -56.2 kJ/mol. Assume the density and specific heat of the solutions are the same as those for water.

 

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문제에서 주어진 중화열은 산(또는 염기) 1 mol에 대한 중화열이나,

문제에서 반응한 산의 몰수는 1 mol이 아니기 때문에,

반응한 몰수만큼의 중화열을 구해야 합니다.

 

HCl의 몰수 = (0.900 mol/L) × 0.0850 L = 0.0765 mol

 

이 반응의 중화열 = (-56.2 kJ/mol) × 0.0765 mol = -4.30 kJ

 

 

 

1) 만약 열량계의 열용량을 무시한다면, 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

 

최종 온도를 x라 두면,

 

-4300 J = -C m Δt

= -(4.18 J/g-℃) (170 g) (x℃ – 18.24℃)

 

6.05 = x – 18.24

x = 24.29℃

 

 

 

2) 그러나 열량계의 열용량이 주어졌을 경우에는

반응계가 방출한 반응열은 용액과 열량계가 나눠서 흡수한다고 보고 계산해야 합니다.

 

반응계가 방출한 열 = (용액이 흡수한 열) + (열량계가 흡수한 열)

 

heat = (specific heat soln × mass soln × Δt) + (heat capacity calorimeter × Δt)
heat = (specific heat soln × mass soln + heat capacity calorimeter) × Δt

 

4300 J = (4.184 J/g℃ × 170 g + 325 J/℃) × Δt

Δt = 4.15

x = 18.24 + 4.15 = 22.39℃

 

 

 

답: 22.39℃

 

 

 

 

(0.900 mol/L) × 0.0850 L = 0.0765 mol

0.0765 mol × (56200 J/mol) = 4299.3 J

 

q = C m Δt
4299.3 = (4.184) (2×85.0) Δt + (325) Δt
4299.3 = [(4.184) (2×85.0) + (325)] Δt
Δt = 4299.3 / [(4.184) (2×85.0) + (325)] = 4.15℃

 

18.24℃ + 4.15℃ = 22.39℃

 

 

 

 

[키워드] 325 J/℃ 0.900 M HCl 85.0 mL 0.900 M KOH 85.0 mL 18.24℃

 

 

 

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A quantity of 300 mL of 0.8 M HCl is mixed with 300 mL of 0.4 M Ba(OH)2 in a constant-pressure calorimeter having a heat capacity of 415 J/℃. The initial temperature of both solutions is the same at 22.0℃. Given that the specific heat of the solution is 4.184 J/g℃, the density of the solution is 1.00 g/mL, and that the heat of neutralization for the process H^+(aq) + OH^-(aq) → H2O(l) is –56.2 kJ/mol, what is the final temperature of the mixed solution?

 

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(300+300 mL) × (1 g/mL) = 600 g

 

56.2 kJ/mol = heat of neutralization

 

0.8 M × 0.3 L = 0.24 mol HCl

0.4 M × 0.3 L = 0.12 mol Ba(OH)2

2HCl + Ba(OH)2 → 2H2O + BaCl2

 

with 0.24 mol HCl, this requires 0.12 mol Ba(OH)2. both reactants are equal stoichiometrically.

(∵ Ba(OH)2 → Ba^2+ + 2OH^-)

0.24 mol HCl will yield 0.24 mol H2O

 

(56.2 kJ/mol) × (0.24 mol H2O) = 13.49 kJ for this rxn

 

heat = (specific heat soln × mass soln + heat capacity calorimeter) × Δt

 

13490 J = (4.184 J/g℃ × 600 g + 415 J/℃) × Δt

Δt = 4.61℃

 

∴ final temp. = 22.0 + 4.61 = 26.6℃

 

 

 

만약 열량계의 열용량을 무시한다면,

 

-13490 J = -C m Δt

= -(4.184 J/g℃) (600 g) (x℃ – 22.0℃)

5.37 = x – 22.0

x = 27.37℃