Kalorimetri & entalpi: soalan latihan dengan penyelesaian langkah demi langkah

Soalan latihan Kalorimetri & entalpi percuma dengan rajah, petunjuk dan penyelesaian lengkap. Nilai baharu setiap kali, pada tiga tahap: pemanasan dengan q = m·c·ΔT, kalorimeter, entalpi pembentukan.

Soalan latihan percumaMudah
airm = 500 gT1​ = 25 °C → T2​ = 65 °Cq = ?

Berapakah haba q yang diperlukan untuk memanaskan 500 g air daripada 25 °C kepada 65 °C? Haba tentu air ialah 4.18 J/(g·°C). Berikan jawapan dalam kJ.

m = 500 gT1 = 25 °CT2 = 65 °Cc = 4.18 J/(g·°C)
kJ
Soalan seterusnya →
Berlatih Kalorimetri & entalpi secara percumaBerlatih Kalorimetri & entalpi sekarang5 soalan percuma setiap hari. Tiada kad diperlukan.

Apa yang anda latih

  1. Mudahpemanasan dengan q = m·c·ΔT
  2. Sederhanakalorimeter
  3. Sukarentalpi pembentukan

Formula utama

Haba
q = m·c·ΔT
Air
c = 4.18 J/(g·°C)
Kalorimeter
haba hilang = haba diperoleh
Entalpi tindak balas
ΔH° = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)

Pelajari Kalorimetri & entalpi dari awal

Sebelum ini: Stoikiometri

1Haba dan suhu

Haba (q) ialah tenaga yang mengalir daripada objek panas kepada objek yang lebih sejuk. Ia diukur dalam joule (J) atau kilojoule (1 kJ = 1000 J).

Suhu memberitahu anda sepanas mana sesuatu. Haba ialah apa yang mengubah suhu.

Memanaskan 1 kg air sebanyak 10 °C memerlukan lebih banyak tenaga daripada memanaskan 1 kg besi sebanyak 10 °C. Setiap bahan mempunyai haba tentu c sendiri: haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g sebanyak 1 °C.

Bagi air, c = 4.18 J/(g·°C). Bagi aluminium ia ialah 0.897 J/(g·°C), bagi plumbum hanya 0.129 J/(g·°C). Air sukar dipanaskan, logam mudah.

Haba yang diperlukan untuk perubahan suhu ialah:

q = m · c · ΔT

Di sini m ialah jisim dalam gram dan ΔT = Tfinal − Tinitial. q positif bermaksud haba diserap; q negatif bermaksud haba dibebaskan.

Semakan kendiri Berapa banyak haba diperlukan untuk menaikkan suhu 100 g air sebanyak 10 °C (c = 4.18 J/(g·°C))?
  1. 0.418 kJ
  2. 4.18 kJ
  3. 41.8 kJ
  4. 418 J

Jawapan: 4.18 kJ. q = 100 · 4.18 · 10 = 4180 J = 4.18 kJ. 418 J terlupa mendarab dengan ΔT, dan 41.8 kJ tersilap faktor 10 semasa menukar J kepada kJ.

2Kalorimeter: haba hilang = haba diperoleh

Kalorimeter ialah cawan bertebat. Tiada haba yang keluar daripadanya, jadi semua haba yang dibebaskan oleh satu benda diserap oleh yang lain.

Jatuhkan bongkah logam panas ke dalam air sejuk. Bongkah menyejuk, air menjadi panas, sehingga kedua-duanya mencapai suhu akhir Tf yang sama.

20 °C110 °CTw​Tm​Tf​+q−q
mm · cm · (Tm − Tf) = mw · cw · (Tf − Tw)

Bahagian kiri ialah haba yang hilang oleh logam, bahagian kanan haba yang diperoleh oleh air. Kedua-duanya ditulis sebagai nombor positif.

Menyelesaikan untuk Tf memberikan purata berpemberat bagi dua suhu permulaan, di mana setiap pemberat ialah m · c:

Tf = (mmcmTm + mwcwTw) / (mmcm + mwcw)

Oleh sebab air mempunyai m · c yang besar, Tf biasanya berakhir dekat dengan suhu air.

Semakan kendiri Bongkah logam panas dijatuhkan ke dalam air sejuk dalam cawan bertebat. Di manakah suhu akhir mesti terletak?
  1. Antara dua suhu permulaan
  2. Di atas suhu permulaan logam
  3. Di bawah suhu permulaan air
  4. Tepat di pertengahan antara dua suhu permulaan

Jawapan: Antara dua suhu permulaan. Logam menyejuk dan air menjadi panas sehingga bertemu, jadi Tf terletak di antara keduanya. Ia di pertengahan hanya jika kedua-duanya mempunyai m · c yang sama, yang jarang berlaku.

3Entalpi tindak balas

Tindak balas juga menyerap atau membebaskan haba. Pada tekanan malar haba ini ialah perubahan entalpi ΔH, dalam kJ.

  • Eksotermik: ΔH negatif. Tindak balas membebaskan haba, seperti membakar bahan api.
  • Endotermik: ΔH positif. Tindak balas menyerap haba, seperti pek sejuk.

Entalpi pembentukan piawai ΔH°f ialah ΔH untuk membuat 1 mol sesuatu bahan daripada unsur-unsurnya. Bagi unsur dalam bentuk normalnya, seperti O₂ atau C, ia ialah 0.

Dengan nilai-nilai ini daripada jadual, anda mencari ΔH° mana-mana tindak balas:

ΔH° = ΣΔH°f(hasil) − ΣΔH°f(bahan tindak balas)

Darabkan setiap ΔH°f dengan pekali bahan itu dalam persamaan seimbang. Ini berfungsi kerana hukum Hess: jumlah ΔH tidak bergantung pada laluan dari awal ke akhir.

Semakan kendiri Cari ΔH° bagi CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l). Gunakan ΔH°f: CH₄ −74.8, CO₂ −393.5, H₂O(l) −285.8 kJ/mol.
  1. +890.3 kJ
  2. −1039.9 kJ
  3. −604.5 kJ
  4. −890.3 kJ

Jawapan: −890.3 kJ. Hasil: −393.5 + 2 · (−285.8) = −965.1. Tolak bahan tindak balas: −965.1 − (−74.8) = −890.3 kJ. −604.5 terlupa pekali 2 bagi air, dan +890.3 menolak secara terbalik.

4Kaedah langkah demi langkah

Pemanasan:

  1. Tulis q = m · c · ΔT dan isikan apa yang diberi. Tukarkan kJ kepada J (× 1000) supaya unit sepadan dengan c.
  2. Selesaikan untuk anu: q, ΔT, m atau c.

Kalorimeter:

  1. Tulis haba yang hilang oleh objek panas = haba yang diperoleh oleh objek sejuk.
  2. Letakkan Tf dalam kedua-dua beza suhu, panas tolak Tf dan Tf tolak sejuk.
  3. Selesaikan untuk Tf, dan semak bahawa ia terletak antara dua suhu permulaan.

Entalpi pembentukan:

  1. Darabkan setiap ΔH°f dengan pekalinya. Unsur dikira sebagai 0.
  2. ΔH° = hasil tambah bagi hasil tindak balas − hasil tambah bagi bahan tindak balas.
  3. Untuk haba daripada jisim tertentu, tukarkan jisim kepada mol dan skalakan ΔH° kepada kuantiti itu.

5Contoh terselesai

Ikuti setiap langkah. Cuba ramalkan langkah seterusnya sebelum anda membukanya.

Contoh terselesai

Bongkah aluminium 100 g (c = 0.897 J/(g·°C)) pada 110 °C dijatuhkan ke dalam 200 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 20 °C dalam cawan bertebat. Cari suhu akhir Tf.

1

Cari m · c bagi setiap bahagian

Aluminium: 100 · 0.897 = 89.7 J/°C. Air: 200 · 4.18 = 836 J/°C.

Air memerlukan lebih banyak haba bagi setiap darjah, jadi Tf akan dekat dengan 20 °C.

2

Tulis imbangan haba

Haba yang hilang oleh aluminium = haba yang diperoleh oleh air.

89.7 · (110 − Tf) = 836 · (Tf − 20)
3

Selesaikan untuk Tf

9867 − 89.7·Tf = 836·Tf − 16 720
Tf = (9867 + 16 720) / (89.7 + 836) = 26 587 / 925.7 = 28.7 °C
4

Semak jawapan

Haba yang hilang oleh aluminium: 89.7 · (110 − 28.7) ≈ 7290 J. Haba yang diperoleh oleh air: 836 · (28.7 − 20) ≈ 7290 J. Kedua-duanya sama.

20 °C110 °CTw​Tm​Tf​+q−q

Dan 28.7 °C terletak antara 20 °C dan 110 °C, dekat dengan suhu air, seperti yang dijangka.

Jawapan

Tf ≈ 28.7 °C

6Kesilapan lazim

  • Mencampurkan J dan kJ. Haba tentu dalam J, jadi tukarkan kJ kepada J dahulu.
  • Menggunakan jisim yang salah, contohnya jisim logam dengan haba tentu air.
  • Menulis ΔT sebagai awal tolak akhir. Maka tanda q salah.
  • Dalam kalorimeter, menulis kedua-dua belah sebagai Tf tolak permulaan. Maka satu belah negatif dan imbangan gagal.
  • Terlupa pekali apabila menjumlahkan entalpi pembentukan.
  • Mengira bahan tindak balas tolak hasil, yang menterbalikkan tanda ΔH°.
Semakan kendiri 78 kJ haba ditambah kepada 400 g air (c = 4.18 J/(g·°C)). Berapakah kenaikan suhu?
  1. 0.0214 °C
  2. 0.0467 °C
  3. 195 °C
  4. 46.7 °C

Jawapan: 46.7 °C. ΔT = q / (m · c) = 78 000 / (400 · 4.18) = 46.7 °C. Membiarkan q dalam kJ memberikan 0.0467 °C, terlupa c memberikan 78 000 / 400 = 195 °C, dan menterbalikkan pecahan memberikan 0.0214 °C.

7Rupa soalan peperiksaan

  • Mudah: pemanasan dengan q = m·c·ΔT. Cari haba untuk memanaskan air antara dua suhu, atau kenaikan suhu daripada haba yang diberi.
  • Sederhana: kalorimeter. Bongkah logam panas dalam air sejuk; cari suhu akhir dengan haba hilang = haba diperoleh.
  • Sukar: entalpi pembentukan. Cari ΔH° bagi pembakaran daripada jadual, atau haba yang dibebaskan apabila jisim tertentu terbakar.

Contoh soalan sukar: etanol terbakar dengan ΔH° = −1366.7 kJ/mol. 50 g etanol (M = 46.07 g/mol) ialah 1.085 mol, jadi ia membebaskan 1.085 · 1366.7 ≈ 1483 kJ.

Belajar langkah demi langkah dalam aplikasiBelajar langkah demi langkah dalam aplikasi

Contoh penyelesaian

Contoh 1Mudah
airm = 1000 gT1​ = 30 °C → T2​ = 75 °Cq = ?

Berapakah haba q yang diperlukan untuk memanaskan 1000 g air daripada 30 °C kepada 75 °C? Haba tentu air ialah 4.18 J/(g·°C). Berikan jawapan dalam kJ.

m = 1000 gT1 = 30 °CT2 = 75 °Cc = 4.18 J/(g·°C)

Cari nilai q (kJ)

Tunjukkan petunjuk
  1. q = m·c·ΔT.
  2. ΔT = 75 − 30 = 45 °C.
  3. Hasilnya dalam J; bahagi dengan 1000 untuk kJ.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Haba dan entalpi: memanaskan sesuatu bahan memerlukan q = m·c·ΔT. Dalam kalorimeter, haba yang hilang oleh objek panas sama dengan haba yang diperoleh objek sejuk. Perubahan entalpi sesuatu tindak balas diperoleh daripada entalpi pembentukan: ΔH° = ΣΔH°f(hasil) − ΣΔH°f(bahan tindak balas), setiap satu didarab dengan pekalinya.

Haba yang diperlukan

q = 1000·4.18·45 = 188100 J = 188.1 kJ

Jawapan

q = 188.1 kJ
Contoh 2Sederhana
Tf​ = ?Aluminiumm = 50 gT = 120 °Cc = 0.897 J/(g·°C)Airm = 400 gT = 15 °Cc = 4.18 J/(g·°C)

Satu bongkah aluminium 50 g (c = 0.897 J/(g·°C)) pada 120 °C dijatuhkan ke dalam 400 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 15 °C dalam cawan berpenebat. Cari suhu akhir Tf.

mmetal = 50 gcmetal = 0.897 J/(g·°C)Tmetal = 120 °Cmwater = 400 gTwater = 15 °Ccwater = 4.18 J/(g·°C)

Cari nilai Tf (°C)

Tunjukkan petunjuk
  1. Haba yang hilang oleh logam = haba yang diperoleh oleh air.
  2. m₁·c₁·(T₁ − Tf) = m₂·c₂·(Tf − T₂). Selesaikan untuk Tf.
  3. m·c (logam) = 44.85 J/°C, m·c (air) = 1672 J/°C.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Haba dan entalpi: memanaskan sesuatu bahan memerlukan q = m·c·ΔT. Dalam kalorimeter, haba yang hilang oleh objek panas sama dengan haba yang diperoleh objek sejuk. Perubahan entalpi sesuatu tindak balas diperoleh daripada entalpi pembentukan: ΔH° = ΣΔH°f(hasil) − ΣΔH°f(bahan tindak balas), setiap satu didarab dengan pekalinya.

Imbangan haba

50·0.897·(120 − Tf) = 400·4.18·(Tf − 15)

Selesaikan untuk suhu akhir

Tf = (44.85·120 + 1672·15)/(44.85 + 1672) = 17.74 °C

Jawapan

Tf = 17.74 °C
Contoh 3Sukar
H25 g C6​H12​O6​C6​H12​O6​ + 6O₂bahan tindak balas6CO₂ + 6H₂O(l)hasilq = ?

Gunakan entalpi pembentukan piawai untuk mencari haba q yang dibebaskan apabila 25 g C6H12O6 (M = 180.16 g/mol) terbakar sepenuhnya: C6H12O6 + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O(l). Berikan q sebagai nombor positif.

ΔH°f(C6H12O6) = −1274 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

Cari nilai q (kJ)

Tunjukkan petunjuk
  1. ΔH° = ΣΔH°f(hasil) − ΣΔH°f(bahan tindak balas), setiap satu didarab pekalinya. O₂ ialah unsur, jadi nilainya 0.
  2. hasil: 6·(−393.5) + 6·(−285.8) = −4076 kJ.
  3. Bahagi ΔH dengan bilangan mol bahan api dalam persamaan, kemudian darabkan dengan mol yang terbakar.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Haba dan entalpi: memanaskan sesuatu bahan memerlukan q = m·c·ΔT. Dalam kalorimeter, haba yang hilang oleh objek panas sama dengan haba yang diperoleh objek sejuk. Perubahan entalpi sesuatu tindak balas diperoleh daripada entalpi pembentukan: ΔH° = ΣΔH°f(hasil) − ΣΔH°f(bahan tindak balas), setiap satu didarab dengan pekalinya.

Entalpi tindak balas

ΔH° = [6·(−393.5) + 6·(−285.8)] − [1·(−1274) + 6·0] = −2802 kJ

Haba untuk jisim yang diberi

n = 25/180.16 = 0.1388 mol
q = n·|ΔH°/1| = 0.1388·2802 = 388.8 kJ

Jawapan

q = 388.8 kJ

Soalan dan jawapan

Apakah Kalorimetri & entalpi?

Memanaskan 1 kg air sebanyak 10 °C memerlukan lebih banyak tenaga daripada memanaskan 1 kg besi sebanyak 10 °C. Setiap bahan mempunyai haba tentu c sendiri: haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g sebanyak 1 °C.

Bagi air, c = 4.18 J/(g·°C). Bagi aluminium ia ialah 0.897 J/(g·°C), bagi plumbum hanya 0.129 J/(g·°C). Air sukar dipanaskan, logam mudah.

Bagaimanakah saya menyelesaikan soalan Kalorimetri & entalpi langkah demi langkah?

Haba dan entalpi: memanaskan sesuatu bahan memerlukan q = m·c·ΔT. Dalam kalorimeter, haba yang hilang oleh objek panas sama dengan haba yang diperoleh objek sejuk. Perubahan entalpi sesuatu tindak balas diperoleh daripada entalpi pembentukan: ΔH° = ΣΔH°f(hasil) − ΣΔH°f(bahan tindak balas), setiap satu didarab dengan pekalinya.

Apakah kesilapan lazim dalam Kalorimetri & entalpi?
  • Gunakan perubahan suhu ΔT = T₂ − T₁, bukan suhu akhir.
  • Suhu akhir bukan purata: setiap sebelah dikira dengan jisimnya didarab haba tentu (m·c).
  • Sertakan haba tentu: air menyimpan jauh lebih banyak haba setiap gram daripada logam.
Apakah yang diliputi oleh latihan Kalorimetri & entalpi?
  • Mudah: pemanasan dengan q = m·c·ΔT
  • Sederhana: kalorimeter
  • Sukar: entalpi pembentukan

Setiap soalan mempunyai nilai baharu, jadi anda mempelajari kaedah dan bukannya jawapan. Buntu? Buka petunjuk kecil dahulu, dan penerangan penuh hanya apabila anda memerlukannya.

Cara latihan berfungsi

  • Setiap soalan mempunyai nilai baharu, jadi anda mempelajari kaedah dan bukannya jawapan.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil dahulu, dan penerangan penuh hanya apabila anda memerlukannya.
  • Kemajuan, kesilapan dan soalan tersimpan anda dikekalkan, jadi anda boleh menyemak sebelum peperiksaan.

Topik sebelum dan selepas topik ini

Pelajari dahulu

Stoikiometri

Kalkulator

Kalkulator haba tentu (q = mcΔT)

Kursus dengan topik ini

Kimia AmLatihan peperiksaan FE Kimia

Lebih banyak topik dalam Sains tulen

StoikiometriMolariti & pencairanKeseimbangan kimiapH & penimbalGenetikBiologi sel

Lembaran kerja boleh cetak

Lembaran kerja Kalorimetri & entalpi dengan jawapan
Berlatih Kalorimetri & entalpi secara percumaBerlatih Kalorimetri & entalpi sekarang5 soalan percuma setiap hari. Tiada kad diperlukan.