แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี: แบบฝึกหัดพร้อมเฉลยทีละขั้นตอน

แบบฝึกหัด แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี ฟรี พร้อมแผนภาพ คำใบ้ และเฉลยละเอียด ตัวเลขใหม่ทุกครั้ง สามระดับ: การให้ความร้อนด้วย q = m·c·ΔT, แคลอรีมิเตอร์, เอนทาลปีของการเกิด

โจทย์ฝึกฟรีง่าย
น้ำm = 500 gT1​ = 25 °C → T2​ = 65 °Cq = ?

ต้องใช้ความร้อน q เท่าใดเพื่อทำให้น้ำ 500 g ร้อนขึ้นจาก 25 °C เป็น 65 °C ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4.18 J/(g·°C) ตอบเป็น kJ

m = 500 gT1 = 25 °CT2 = 65 °Cc = 4.18 J/(g·°C)
kJ
โจทย์ถัดไป →
ฝึก แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี ฟรีฝึก แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี เลยโจทย์ฟรีวันละ 5 ข้อ ไม่ต้องใช้บัตร

สิ่งที่คุณจะได้ฝึก

  1. ง่ายการให้ความร้อนด้วย q = m·c·ΔT
  2. ปานกลางแคลอรีมิเตอร์
  3. ยากเอนทาลปีของการเกิด

สูตรสำคัญ

ความร้อน
q = m·c·ΔT
น้ำ
c = 4.18 J/(g·°C)
แคลอรีมิเตอร์
ความร้อนที่สูญเสีย = ความร้อนที่ได้รับ
เอนทาลปีของปฏิกิริยา
ΔH° = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)

เรียนรู้ แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี ตั้งแต่ต้น

ก่อนหน้านี้: ปริมาณสารสัมพันธ์

1ความร้อนและอุณหภูมิ

ความร้อน (q) คือพลังงานที่ไหลจากวัตถุร้อนไปยังวัตถุที่เย็นกว่า วัดเป็นจูล (J) หรือกิโลจูล (1 kJ = 1000 J)

อุณหภูมิบอกว่าบางสิ่งร้อนเพียงใด ความร้อนคือสิ่งที่เปลี่ยนอุณหภูมิ

การทำให้น้ำ 1 kg ร้อนขึ้น 10 °C ใช้พลังงานมากกว่าการทำให้เหล็ก 1 kg ร้อนขึ้น 10 °C สารแต่ละชนิดมีความจุความร้อนจำเพาะ c ของตัวเอง: ความร้อนที่ต้องใช้เพื่อทำให้ 1 g อุ่นขึ้น 1 °C

สำหรับน้ำ c = 4.18 J/(g·°C) สำหรับอะลูมิเนียม 0.897 J/(g·°C) สำหรับตะกั่วเพียง 0.129 J/(g·°C) น้ำทำให้ร้อนยาก โลหะทำให้ร้อนง่าย

ความร้อนที่ต้องใช้สำหรับการเปลี่ยนอุณหภูมิคือ:

q = m · c · ΔT

ที่นี่ m คือมวลเป็นกรัม และ ΔT = Tfinal − Tinitial q ที่เป็นบวกหมายความว่าดูดความร้อน q ที่เป็นลบหมายความว่าปล่อยความร้อน

ตรวจสอบตนเอง ต้องใช้ความร้อนเท่าใดเพื่อทำให้น้ำ 100 g อุ่นขึ้น 10 °C (c = 4.18 J/(g·°C))
  1. 0.418 kJ
  2. 4.18 kJ
  3. 41.8 kJ
  4. 418 J

คำตอบ: 4.18 kJ. q = 100 · 4.18 · 10 = 4180 J = 4.18 kJ ส่วน 418 J ลืมคูณ ΔT และ 41.8 kJ พลาดตัวคูณ 10 เมื่อแปลง J เป็น kJ

2แคลอริมิเตอร์: ความร้อนที่เสีย = ความร้อนที่ได้

แคลอริมิเตอร์คือถ้วยฉนวน ไม่มีความร้อนออกไป ดังนั้นความร้อนทั้งหมดที่สิ่งหนึ่งปล่อยออกจะถูกอีกสิ่งหนึ่งดูดรับ

ใส่ก้อนโลหะร้อนลงในน้ำเย็น ก้อนโลหะเย็นลง น้ำอุ่นขึ้น จนทั้งสองถึงอุณหภูมิสุดท้ายเดียวกัน Tf

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

ด้านซ้ายคือความร้อนที่โลหะเสีย ด้านขวาคือความร้อนที่น้ำได้ ทั้งสองเขียนเป็นจำนวนบวก

การแก้หา Tf ให้ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของอุณหภูมิเริ่มต้นสองค่า โดยแต่ละน้ำหนักคือ m · c:

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

เนื่องจากน้ำมี m · c มาก Tf มักอยู่ใกล้อุณหภูมิของน้ำ

ตรวจสอบตนเอง ก้อนโลหะร้อนถูกใส่ลงในน้ำเย็นในถ้วยฉนวน อุณหภูมิสุดท้ายต้องอยู่ที่ใด
  1. ตรงกึ่งกลางระหว่างอุณหภูมิเริ่มต้นทั้งสอง
  2. ต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำ
  3. ระหว่างอุณหภูมิเริ่มต้นทั้งสอง
  4. สูงกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นของโลหะ

คำตอบ: ระหว่างอุณหภูมิเริ่มต้นทั้งสอง. โลหะเย็นลงและน้ำอุ่นขึ้นจนพบกัน ดังนั้น Tf อยู่ระหว่างทั้งสอง จะอยู่ตรงกึ่งกลางก็ต่อเมื่อทั้งสองมี m · c เท่ากัน ซึ่งพบได้ยาก

3เอนทาลปีของปฏิกิริยา

ปฏิกิริยายังดูดหรือปล่อยความร้อนได้ด้วย ที่ความดันคงที่ ความร้อนนี้คือการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี ΔH ในหน่วย kJ

  • คายความร้อน: ΔH เป็นลบ ปฏิกิริยาปล่อยความร้อน เหมือนการเผาไหม้เชื้อเพลิง
  • ดูดความร้อน: ΔH เป็นบวก ปฏิกิริยาดูดความร้อน เหมือนถุงประคบเย็น

เอนทาลปีมาตรฐานของการเกิด ΔH°f คือ ΔH สำหรับการสร้างสาร 1 mol จากธาตุของมัน สำหรับธาตุในรูปปกติ เช่น O₂ หรือ C ค่าเป็น 0

ด้วยค่าเหล่านี้จากตาราง คุณหา ΔH° ของปฏิกิริยาใด ๆ ได้:

ΔH° = ΣΔH°f(ผลิตภัณฑ์) − ΣΔH°f(สารตั้งต้น)

คูณ ΔH°f แต่ละค่าด้วยสัมประสิทธิ์ของสารนั้นในสมการที่ดุลแล้ว ใช้ได้เพราะกฎของเฮสส์: ΔH รวมไม่ขึ้นกับเส้นทางจากต้นไปปลาย

ตรวจสอบตนเอง จงหา ΔH° สำหรับ CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l) ใช้ 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

คำตอบ: −890.3 kJ. ผลิตภัณฑ์: −393.5 + 2 · (−285.8) = −965.1 ลบสารตั้งต้น: −965.1 − (−74.8) = −890.3 kJ ส่วน −604.5 ลืมสัมประสิทธิ์ 2 ของน้ำ และ +890.3 ลบกลับด้าน

4วิธีทำทีละขั้น

การให้ความร้อน:

  1. เขียน q = m · c · ΔT และใส่ค่าที่กำหนด แปลง kJ เป็น J (× 1000) เพื่อให้หน่วยตรงกับ c
  2. แก้หาค่าไม่ทราบ: q, ΔT, m หรือ c

แคลอริมิเตอร์:

  1. เขียนความร้อนที่วัตถุร้อนเสีย = ความร้อนที่วัตถุเย็นได้
  2. ใส่ Tf ในผลต่างอุณหภูมิทั้งสอง ร้อนลบ Tf และ Tf ลบเย็น
  3. แก้หา Tf และตรวจสอบว่าอยู่ระหว่างอุณหภูมิเริ่มต้นทั้งสอง

เอนทาลปีของการเกิด:

  1. คูณ ΔH°f ทุกค่าด้วยสัมประสิทธิ์ ธาตุนับเป็น 0
  2. ΔH° = ผลรวมของผลิตภัณฑ์ − ผลรวมของสารตั้งต้น
  3. สำหรับความร้อนจากมวลที่กำหนด แปลงมวลเป็นโมลและปรับ ΔH° ตามปริมาณนั้น

5ตัวอย่างที่แก้ให้ดู

ทำตามทุกขั้นตอน ลองทำนายขั้นถัดไปก่อนเปิดดู

ตัวอย่างที่แก้ให้ดู

บล็อกอะลูมิเนียม 100 g (c = 0.897 J/(g·°C)) ที่ 110 °C ถูกใส่ลงในน้ำ 200 g (c = 4.18 J/(g·°C)) ที่ 20 °C ในถ้วยฉนวน จงหาอุณหภูมิสุดท้าย Tf

1

หา m · c ของแต่ละส่วน

อะลูมิเนียม: 100 · 0.897 = 89.7 J/°C น้ำ: 200 · 4.18 = 836 J/°C

น้ำต้องการความร้อนต่อองศามากกว่ามาก ดังนั้น Tf จะใกล้ 20 °C

2

เขียนสมดุลความร้อน

ความร้อนที่อะลูมิเนียมเสีย = ความร้อนที่น้ำได้

89.7 · (110 − Tf) = 836 · (Tf − 20)
3

แก้หา Tf

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

ตรวจสอบคำตอบ

ความร้อนที่อะลูมิเนียมเสีย: 89.7 · (110 − 28.7) ≈ 7290 J ความร้อนที่น้ำได้: 836 · (28.7 − 20) ≈ 7290 J เท่ากัน

20 °C110 °CTw​Tm​Tf​+q−q

และ 28.7 °C อยู่ระหว่าง 20 °C และ 110 °C ใกล้อุณหภูมิของน้ำ ตามที่คาด

คำตอบ

Tf ≈ 28.7 °C

6ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

  • ใช้ J ปนกับ kJ ความจุความร้อนจำเพาะอยู่ใน J ดังนั้นแปลง kJ เป็น J ก่อน
  • ใช้มวลผิด เช่น มวลของโลหะกับความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ
  • เขียน ΔT เป็นค่าเริ่มต้นลบค่าสุดท้าย แล้วเครื่องหมายของ q จะผิด
  • ในแคลอริมิเตอร์ เขียนทั้งสองข้างเป็น Tf ลบค่าเริ่มต้น แล้วข้างหนึ่งจะเป็นลบและสมดุลไม่เป็นจริง
  • ลืมสัมประสิทธิ์เมื่อบวกเอนทาลปีของการเกิด
  • คำนวณสารตั้งต้นลบผลิตภัณฑ์ ซึ่งพลิกเครื่องหมายของ ΔH°
ตรวจสอบตนเอง ใส่ความร้อน 78 kJ ให้น้ำ 400 g (c = 4.18 J/(g·°C)) อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเท่าใด
  1. 0.0214 °C
  2. 0.0467 °C
  3. 195 °C
  4. 46.7 °C

คำตอบ: 46.7 °C. ΔT = q / (m · c) = 78 000 / (400 · 4.18) = 46.7 °C การปล่อย q เป็น kJ ให้ 0.0467 °C การลืม c ให้ 78 000 / 400 = 195 °C และการกลับเศษส่วนกลับหัวให้ 0.0214 °C

7ข้อสอบมีหน้าตาอย่างไร

  • ง่าย: การให้ความร้อนด้วย q = m·c·ΔT หาความร้อนที่ทำให้น้ำอุ่นขึ้นระหว่างสองอุณหภูมิ หรืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจากความร้อนที่กำหนด
  • ปานกลาง: แคลอริมิเตอร์ ก้อนโลหะร้อนในน้ำเย็น หาอุณหภูมิสุดท้ายด้วยความร้อนที่เสีย = ความร้อนที่ได้
  • ยาก: เอนทาลปีของการเกิด หา ΔH° ของการเผาไหม้จากตาราง หรือความร้อนที่ปล่อยเมื่อมวลที่กำหนดเผาไหม้

ตัวอย่างโจทย์ยาก: เอทานอลเผาไหม้ด้วย ΔH° = −1366.7 kJ/mol เอทานอล 50 g (M = 46.07 g/mol) คือ 1.085 mol จึงปล่อย 1.085 · 1366.7 ≈ 1483 kJ

เรียนรู้ทีละขั้นในแอปเรียนรู้ทีละขั้นในแอป

ตัวอย่างวิธีทำ

ตัวอย่างที่ 1ง่าย
น้ำm = 1000 gT1​ = 30 °C → T2​ = 75 °Cq = ?

ต้องใช้ความร้อน q เท่าใดเพื่อทำให้น้ำ 1000 g ร้อนขึ้นจาก 30 °C เป็น 75 °C ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4.18 J/(g·°C) ตอบเป็น kJ

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

จงหา q (kJ)

แสดงคำใบ้
  1. q = m·c·ΔT
  2. ΔT = 75 − 30 = 45 °C.
  3. ผลลัพธ์ออกมาเป็น J หารด้วย 1000 เพื่อเป็น kJ
แสดงคำตอบและเฉลยทีละขั้นตอน

ความร้อนและเอนทาลปี: การให้ความร้อนแก่สารต้องใช้ q = m·c·ΔT ในแคลอรีมิเตอร์ ความร้อนที่วัตถุร้อนสูญเสียเท่ากับความร้อนที่วัตถุเย็นได้รับ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยาหาได้จากเอนทาลปีของการเกิด: ΔH° = ΣΔH°f(ผลิตภัณฑ์) − ΣΔH°f(สารตั้งต้น) โดยคูณแต่ละค่าด้วยสัมประสิทธิ์

ความร้อนที่ต้องใช้

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

คำตอบ

q = 188.1 kJ
ตัวอย่างที่ 2ปานกลาง
Tf​ = ?อะลูมิเนียมm = 50 gT = 120 °Cc = 0.897 J/(g·°C)น้ำm = 400 gT = 15 °Cc = 4.18 J/(g·°C)

ก้อนอะลูมิเนียมมวล 50 g (c = 0.897 J/(g·°C)) อุณหภูมิ 120 °C ถูกหย่อนลงในน้ำ 400 g (c = 4.18 J/(g·°C)) อุณหภูมิ 15 °C ในถ้วยฉนวน หาอุณหภูมิสุดท้าย Tf

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

จงหา Tf (°C)

แสดงคำใบ้
  1. ความร้อนที่โลหะสูญเสีย = ความร้อนที่น้ำได้รับ
  2. m₁·c₁·(T₁ − Tf) = m₂·c₂·(Tf − T₂) แก้หา Tf
  3. m·c (โลหะ) = 44.85 J/°C, m·c (น้ำ) = 1672 J/°C.
แสดงคำตอบและเฉลยทีละขั้นตอน

ความร้อนและเอนทาลปี: การให้ความร้อนแก่สารต้องใช้ q = m·c·ΔT ในแคลอรีมิเตอร์ ความร้อนที่วัตถุร้อนสูญเสียเท่ากับความร้อนที่วัตถุเย็นได้รับ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยาหาได้จากเอนทาลปีของการเกิด: ΔH° = ΣΔH°f(ผลิตภัณฑ์) − ΣΔH°f(สารตั้งต้น) โดยคูณแต่ละค่าด้วยสัมประสิทธิ์

สมดุลความร้อน

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

แก้หาอุณหภูมิสุดท้าย

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

คำตอบ

Tf = 17.74 °C
ตัวอย่างที่ 3ยาก
H25 g C6​H12​O6​C6​H12​O6​ + 6O₂สารตั้งต้น6CO₂ + 6H₂O(l)ผลิตภัณฑ์q = ?

ใช้เอนทาลปีมาตรฐานของการเกิดหาความร้อน q ที่ปล่อยออกมาเมื่อC6H12O6 25 g (M = 180.16 g/mol) เผาไหม้สมบูรณ์: C6H12O6 + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O(l) ตอบ q เป็นจำนวนบวก

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

จงหา q (kJ)

แสดงคำใบ้
  1. ΔH° = ΣΔH°f(ผลิตภัณฑ์) − ΣΔH°f(สารตั้งต้น) แต่ละค่าคูณด้วยสัมประสิทธิ์ของมัน O₂ เป็นธาตุ ค่าของมันจึงเป็น 0
  2. ผลิตภัณฑ์: 6·(−393.5) + 6·(−285.8) = −4076 kJ.
  3. หาร ΔH ด้วยจำนวนโมลของเชื้อเพลิงในสมการ แล้วคูณด้วยโมลที่เผาไหม้
แสดงคำตอบและเฉลยทีละขั้นตอน

ความร้อนและเอนทาลปี: การให้ความร้อนแก่สารต้องใช้ q = m·c·ΔT ในแคลอรีมิเตอร์ ความร้อนที่วัตถุร้อนสูญเสียเท่ากับความร้อนที่วัตถุเย็นได้รับ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยาหาได้จากเอนทาลปีของการเกิด: ΔH° = ΣΔH°f(ผลิตภัณฑ์) − ΣΔH°f(สารตั้งต้น) โดยคูณแต่ละค่าด้วยสัมประสิทธิ์

เอนทาลปีของปฏิกิริยา

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

ความร้อนสำหรับมวลที่กำหนด

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

คำตอบ

q = 388.8 kJ

คำถามและคำตอบ

แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี คืออะไร

การทำให้น้ำ 1 kg ร้อนขึ้น 10 °C ใช้พลังงานมากกว่าการทำให้เหล็ก 1 kg ร้อนขึ้น 10 °C สารแต่ละชนิดมีความจุความร้อนจำเพาะ c ของตัวเอง: ความร้อนที่ต้องใช้เพื่อทำให้ 1 g อุ่นขึ้น 1 °C

สำหรับน้ำ c = 4.18 J/(g·°C) สำหรับอะลูมิเนียม 0.897 J/(g·°C) สำหรับตะกั่วเพียง 0.129 J/(g·°C) น้ำทำให้ร้อนยาก โลหะทำให้ร้อนง่าย

จะแก้โจทย์ แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี ทีละขั้นได้อย่างไร

ความร้อนและเอนทาลปี: การให้ความร้อนแก่สารต้องใช้ q = m·c·ΔT ในแคลอรีมิเตอร์ ความร้อนที่วัตถุร้อนสูญเสียเท่ากับความร้อนที่วัตถุเย็นได้รับ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยาหาได้จากเอนทาลปีของการเกิด: ΔH° = ΣΔH°f(ผลิตภัณฑ์) − ΣΔH°f(สารตั้งต้น) โดยคูณแต่ละค่าด้วยสัมประสิทธิ์

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยใน แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี มีอะไรบ้าง
  • ใช้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ΔT = T₂ − T₁ ไม่ใช่อุณหภูมิสุดท้าย
  • อุณหภูมิสุดท้ายไม่ใช่ค่าเฉลี่ย: แต่ละฝ่ายนับด้วยมวลคูณความจุความร้อนจำเพาะ (m·c)
  • ต้องรวมความจุความร้อนจำเพาะ: น้ำเก็บความร้อนต่อกรัมได้มากกว่าโลหะมาก
แบบฝึกหัด แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี ครอบคลุมเรื่องอะไรบ้าง
  • ง่าย: การให้ความร้อนด้วย q = m·c·ΔT
  • ปานกลาง: แคลอรีมิเตอร์
  • ยาก: เอนทาลปีของการเกิด

โจทย์ทุกข้อใช้ค่าใหม่ คุณจึงเรียนรู้วิธีทำ ไม่ใช่จำคำตอบ ติดขัดใช่ไหม เปิดคำใบ้เล็ก ๆ ก่อน และเปิดคำอธิบายฉบับเต็มเมื่อจำเป็นเท่านั้น

การฝึกทำงานอย่างไร

  • โจทย์ทุกข้อใช้ค่าใหม่ คุณจึงเรียนรู้วิธีทำ ไม่ใช่จำคำตอบ
  • ติดขัดใช่ไหม เปิดคำใบ้เล็ก ๆ ก่อน และเปิดคำอธิบายฉบับเต็มเมื่อจำเป็นเท่านั้น
  • ความก้าวหน้า ข้อที่ผิด และโจทย์ที่บันทึกไว้จะถูกเก็บไว้ เพื่อให้คุณทบทวนก่อนสอบได้

หัวข้อก่อนและหลังหัวข้อนี้

ควรเรียนก่อน

ปริมาณสารสัมพันธ์

เครื่องคำนวณ

เครื่องคำนวณความจุความร้อนจำเพาะ (q = mcΔT)

รายวิชาที่มีหัวข้อนี้

เคมีทั่วไปฝึกข้อสอบ FE เคมี

หัวข้ออื่นในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

ปริมาณสารสัมพันธ์โมลาริตีและการเจือจางสมดุลเคมีpH และบัฟเฟอร์พันธุศาสตร์ชีววิทยาของเซลล์

ใบงานสำหรับพิมพ์

ใบงาน แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี พร้อมเฉลย
ฝึก แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี ฟรีฝึก แคลอรีมิเตอร์และเอนทาลปี เลยโจทย์ฟรีวันละ 5 ข้อ ไม่ต้องใช้บัตร