Această pagină conține toate temele necesare pentru materialul acoperit în al treilea examen din primul semestru de chimie generală. Manualul asociat cu aceste teme este CHIMIE Știința centrală de Brown, LeMay, et.al. Ultima ediție pe care am cerut-o să cumpere studenții a fost cea de-a 12-a ediție (CHEMISTRY The Central Science, ediția a XII-a. De Brown, LeMay, Bursten, Murphy și Woodward), dar orice ediție a acestui text va fi valabilă pentru acest curs.

care este

Notă: Ești așteptat pentru a merge la sfârșitul problemelor de capitol din manual, pentru a găsi întrebări similare și pentru a rezolva și problemele respective. Acesta este doar necesar lista problemelor în scop de test. Ar trebui, de asemenea studiază Exercițiile în cadrul capitolelor. Exercițiile sunt elaborate exemple de întrebări din spatele capitolului. Ghidul de studiu a elaborat, de asemenea, exemple.

Acestea sunt întrebări despre oasele goale. Întrebările despre manual vor avea informații suplimentare care pot fi utile și care conectează problemele la aplicațiile din viața reală, multe dintre ele în biologie.

Termochimie (Cap. 5)

  1. Răspundeți la următoarele întrebări de termochimie.
    • Care este prima lege a termodinamicii? Răspuns Energia nu poate fi creată sau distrusă, poate schimba forma, dar cantitatea totală de energie din univers rămâne constantă. Energia este conservată.
    • Ce este o funcție de stat? Răspuns Mărimile funcțiilor de stare sunt independente de cale. Orice proprietate a unui sistem, cum ar fi temperatura, unde valoarea acelei proprietăți nu depinde de modul în care a ajuns acolo este o funcție de stare.
    • Scrieți expresia primei legi a termodinamicii în termeni de energie internă și definiți în cuvinte și ecuații ce este fiecare termen. Răspuns ΔE = q + w unde ΔE este schimbarea energiei interne, q este căldura adăugată sau luată și w este munca efectuată pe sau de către sistem.

q = CΔT și w = - PΔV

C este capacitatea de căldură, ΔT este schimbarea temperaturii, isT este presiunea și ΔV este schimbarea volumului.

  • Definiți exoterm și endoterm. Care sunt semnele matematice ale energiei interne și ale entalpiei atunci când un proces este exoterm? Răspuns Exotermic înseamnă că energia se degajă din sistem, iar endotermul este atunci când energia este absorbită de sistem. Atât ΔE cât și ΔH sunt negative pentru procesele exoterme.
  • În ce condiție este ΔE = q? În ce condiție este ΔH = q? Răspuns Pentru că w = -PΔV, q = CΔT și ΔE = q + w, la volum constant (ΔV = 0)
    ΔE = CvΔT + 0 = qv, unde indicele v indică volum constant.

    Sub presiune constantă ΔH = CpΔT = qp.

    Un urs gumos de 0,88 g este ars într-un calorimetru bombă. Temperatura a început la 21,5 ° C și a scăzut la 24,2 ° C. Producătorul calorimetrului bombei a stabilit că capacitatea termică a calorimetrului este de 11,4 kJ/° C. Calculați căldura de ardere pe gram de urs gumos. Răspuns ΔE = CvΔT = (11,4 kJ/° C) (24,2-21,5 ° C) = (11,4 kJ/° C) (2,7 ° C) = 30,78 kJ

    (30,78 kJ)/(0,88 g) = 34,98 kJ/g Când o probă de 100 g metan, CH4, este arsă într-un calorimetru bombă, temperatura se schimbă de la 21 ° C la 31 ° C și se degajă 2200 J de căldură. Care este căldura specifică a metanului? Răspuns ΔE = CvΔT ⇒ Cv = ΔE/ΔT = (2200 J)/(10 ° C) = 220 J/° C

    Căldură specifică = Cv/g = (220 J/° C)/(100 g) = 2,20 J/g- ° C

  • S-a constatat că temperatura unui bloc de cupru de 0,85 kg este de 21 ° C. Cuprul a fost plasat la soare și temperatura a crescut la 28 ° C. Se presupune că căldura specifică a cuprului este de 0,385 J/g- ° C și se determină cantitatea de căldură absorbită de blocul de cupru. Răspuns ΔH = CpΔT = (850 g) (0,385 J/g- ° C) (7 ° C) = 2291 J = 2,3 kJ
  • O bucată de 0,258 g de solid de potasiu este plasată în apă în interiorul unui calorimetru de ceașcă de cafea rezultând o reacție viguroasă. Se presupune un volum total de 100 ml pentru soluția rezultată. Temperatura soluției se schimbă de la 22 ° C la 25,1 ° C datorită reacției. Câtă căldură este generată per gram de potasiu pentru această reacție? Să presupunem că densitatea soluției după reacție este densitatea apei și că capacitatea de căldură a soluției și a vasului de reacție se datorează numai apei care are o căldură specifică de 4.184 J/g- ° C. Răspuns ΔH = CpΔT = (100 g) (4.184 J/g- ° C) (3.1 ° C) = 1297 J

    (1297 J)/(0,258 g) = 5027 J/g. O probă de sodiu de 22,99 g reacționează cu 1,0 L de apă într-un calorimetru cu presiune constantă după cum urmează:

    Temperatura apei merge de la 20 ° C la 65 ° C. Să presupunem că volumul soluției rămâne 1,0 L, dar că densitatea se schimbă la 1,02 g/mL și căldura specifică se schimbă la 4,00 J/g- ° C. Câtă căldură este generată pentru fiecare mol de H2 (g) produs? Răspuns ΔH = CpΔT = (1000 mL) (1,02 g/mL) (4,00 J/g- ° C) (45 ° C) = 183600 J = 183,6 kJ

    (183,6 kJ)/(0,5 moli H2 (g)) = 367,2 kJ per moli de H2 (g). Un bloc de 1,5 kg de Ni la 100 ° C este plasat în 500 ml de apă care are o temperatură de 21 ° C. Care este temperatura finală presupunând căldura specifică a Ni este 0,44 J/g- ° C și căldura specifică a apei este 4,184 J/g- ° C Indicație: căldura totală pierdută este egală cu căldura totală câștigată! Răspuns Căldura totală pierdută cu Ni = (1500 g Ni) (0,44 J/g- ° C) (100 ° C - Tf)

    Căldura totală câștigată de H2O = (500 mL) (1g/1mL) (4.184 J/g- ° C) (Tf - 21 ° C)

    Setați cele două expresii egale între ele și rezolvați pentru Tf = 40 ° C.

    Observați că pentru a calcula căldura totală pierdută de Ni, temperatura finală a fost scăzută din temperatura inițială pentru a ajunge la un număr pozitiv.

    O altă modalitate de a o privi este să scriem expresiile pentru ofH al Ni și pentru ΔH ale apei și apoi să facem din ΔH pentru Ni negativul ΔH pentru apă. Acest lucru se datorează faptului că Ni degajă căldură și apa absoarbe aceeași cantitate de căldură.

    WaterHwater = -ΔHNi rezultă apoi în aceleași expresii ca mai sus.

  • Care este reacția chimică corespunzătoare lui ΔH o f pentru fiecare dintre următoarele substanțe?
    • HClO Răspuns ½H2 (g) + ½Cl2 (g) + ½O2 (g) → HClO
    • C2H5OH Răspuns 2C (s) + 3H2 (g) + ½O2 (g) → C2H5OH
    • KMnO4 Răspundeți K (s) + Mn (s) + 2O2 → KMnO4
  • Utilizați anexa C pentru a calcula ΔH ° pentru fiecare dintre următoarele reacții?
    • 4FeO (s) + O2 (g) → 2Fe2O3 (s) Răspuns ΔHrxn = (2 moli) (- 822,16 kJ/mol) - (4 moli) (- 297,9 kJ/mol) = -452,72 kJ
    • H2SO4 (l) + 2NaCl (s) → 2HCl (g) + Na2SO4 (s) Răspuns (-1387,1 kJ) + (2) (- 92,30 kJ) - (-814,0 kJ) - (2) (- 410,9 kJ) = 64,1 kJ
    • 4HNO3 (g) + 2H2O (g) → 2N2H4 (g) + 7O2 (g) Răspuns (2) (95,4 kJ) + 0 - 4 (-134,63 kJ) - (2) (- 241,82 kJ) = 1212 kJ
    • C2H5OH (l) + O2 (g) → H2O (l) + CO2 (g) Răspuns (-285,83 kJ) + (-393,5 kJ) - (-277,7 kJ) - 0 = -401,63 kJ
  • Calculați ΔH pentru

    Având în vedere următoarele ecuații:

    Răspuns Comutați a doua ecuație și adăugați-o la prima.

    Combinarea ecuațiilor dă:

    Calculați ΔH pentru

    Având în vedere următoarele ecuații:

    Răspuns Înmulțiți prima ecuație cu 2, comutați a doua ecuație, adăugați-le la ultima ecuație.

    Combinarea ecuațiilor dă:

    ΔH = -265,2 kJ - 411,6 kJ + 73,2 kJ = -603,6 kJ

    Când un mol de naftalină solidă, C10H8, este complet ars, se degajă 4981 kJ de căldură. Să presupunem că H2O (g) este produs și că pentru CO2, ΔH o f = -393,5 kJ/mol. Ce este ΔH o f pentru naftalină? Răspuns

    ΔH o f, C10H8 = 4 (-241,82 kJ) + 10 (-393,5 kJ) + 4981 kJ = 78,7 kJ/mol

    Un aditiv comun pentru benzină este octanul, C8H18. Când octanul este ars, acesta produce căldură conform următoarei ecuații.

    ΔH1 = Cp, gheațăΔT = (100 g) (2.092 kJ/g- și degC) (12 °) = 2510 J

    ΔH2 = ΔHfus = (100 g) (1 mol/18 g) (6008 J/mol) = 75100 J

    ΔH3 = Cp, liqΔT = (100 g) (4.184 kJ/g- și degC) (100 °) = 41840 J

    ΔH4 = ΔHvap = (100 g) (1 mol/18 g) (40,67 J/mol) = 226 J

    ΔH5 = Cp, gazΔT = (100 g) (1.841 kJ/g- și degC) (20 °) = 3682 J

    ΔH = 2510 J + 75100 J + 41840 J + 226 J + 3682 J = 123358 J = 123 kJ

    Care este energia legăturii unei legături O-H în ​​H2O (g)? Răspuns

    2H (g) + O (g) → H2O (g) (Două legături O-H formate)

    ΔHrxn = (-241,82 kJ) - 2 (217,94 kJ) - (247,5 kJ) = -925,2 kJ

    ⇒ Pentru o legătură ΔH = (-925,2 kJ)/2 = -462,6 kJ

    Care este energia legăturii unei legături N-O în N2O (g)? Răspuns

    2N (g) + O (g) → N2O (g) (Două legături N-O formate)

    ΔHrxn = (81,6 kJ) - 2 (472,7 kJ) - (247,5 kJ) = -1111,3 kJ

    ⇒ Pentru o legătură ΔH = (-1111,3 kJ)/2 = -555,65 kJ