Química

PROBLEMES D’INTERCANVI DE CALOR

Plantejament dels problemes

Sempre s’ha de complir: Q_absorbit=-Q_cedit
(El signe (-) apareix perquè un calor cedit o perdut sortirà negatiu. Si no posem el signe la igualtat no es compliria: els valors serien oposats. Cal mantenir aquest signe en els càlculs)

El calor absorbit o cedit dependrà de:
La quantitat de substància implicada: m
Elcalor específic d’aquesta substància: ce
La diferència de temperatures entre la inicial i la final, que serà la d’equilibri.
L’existència de canvis d’estat entremig. Si hi són, s’haurà de comptar l’energia per fer aquest canvi.
Per exemple, en el cas de l’aigua










Per tant, per veure el calor absorbit per una massa de gel que acabi en aigua. Des d’una T0 < 0ºC fins a unatemperatura d’equilibri 0 < Teq < 100 ºC
Q_(abs.)=Q_(T_(0 →0ºC) )+Q_(fusió )+Q_(0ºC→T_f )
El mateix per l’altra banda, si tenim una quantitat de vapor (a una Tv > 100 ºC) que es barreja amb el gel i s’arriba a la temperatura d’equilibri d’abans
Q_cedit=Q_(T_(v →100ºC) )+Q_(vap )+Q_(100 ºC→T_eq )

Caldrà veure per cada problema quines són les incògnites que es plantegen: temperaturad’equilibri, massa d’una de les dues substàncies, calor específica d’una d’elles,...
Però sempre es resol amb la mateixa equació inicial.



Per necessitats de refrigeració s’ha de refredar amb gel, a 0ºC, 100 kg d’aigua que es troben a 80ºC en un recipient, fins a obtenir una temperatura final de mescla de 25ºC. Quina quantitat de gel es necessita per aquest procés?
LF = 334’7 kJ/kg; Ce(aigualíquida) = 4,18 kJ/kg•K
Sol.: 52,35 kg de gel


Una peça de coure de 75 g s’ha escalfat fins a assolir una temperatura de 187ºC, en aquest moment s’introdueix en un bany d’aigua a 21ºC, si la massa d’aigua és de 850 g, calculeu la temperatura final d’equilibri i la calor transferida.
Ce(coure) = 385 J/kg ºC; Ce(aigua) = 4180 J/kg ºC
Sol.: 22,34 ºC


Per a determinar la capacitat caloríficaespecífica, Ce, d’un metall, s’escalfa un tros de 40 g fins a 100ºC. Aleshores, s’introdueix en un calorímetre que conté 120 g d’aigua a 20ºC i s’observa que la temperatura d’equilibri és de 28ºC. Calculeu la calor específica del metall.
Ce(aigua)=4180 J/kg•K
Sol.: 1393 J/kg•K


 
PROBLEMES DE LLEIS FONAMENTALS DE LA QUÍMICA

LLEI DE LES PROPORCIONS MÚLTIPLES

Si dos elements es combinenper formar diversos compostos, les masses d’un d’ells que es combinen amb la mateixa massa de l’altre en cada un dels compostos, estan relacionades a través de nombres enters senzills
Procediment per resoldre els problemes.
Per exemple, compost dels elements A i B
S’obté, per a cada compost, el nombre de g de l’element A que hi ha per cada g de l’element B.
En el compost 1 (X_1 g d'A)/(Y_1g de B)= dóna un valor M1 de g d’A per g de B

En el compost 2 (X_2 g d'A)/(Y_2 g de B)= dóna un valor M2 de g d’A per g de B
Es comprova la relació entre els dos valors. Dividim cada un dels números pel valor més petit dels dos. Un resultat serà 1 i l’altre segurament un enter o un número que multiplicat per un altre senzill ens doni un enter.
M_1/M_2 = o bé M_2/M_1 = Laproporció entre ells serà la relació entre aquests enters.



Comprova que es compleix la llei de les proporcions múltiples amb dos compostos de sofre i oxigen. En un hi ha 2,25 g d’oxigen en 4,5 g de compost, i en l’altre 1,27 g d’oxigen en 2,12 g de compost.
Sol.: 1r compost 1 g O /1 g S 2n compost 1,5 g O/1 g S
Relació 1:1,5 o bé 2:3

L’anàlisi de dos òxids de crom mostra que2,351 g del primer contenen 1,223 g de crom, i que 3,028 g del segon contenen 2,072 g de crom. Demostrar que es verifica la llei de les proporcions múltiples.
Sol.: relació 1 : 2

Un químic analitza mostres de dos òxids de níquel. En el primer de 2,241 g hi troba 1’761 g de níquel, i en el segon de 4,482 g hi troba 3,522 g de níquel.
a) Es tracta del mateix compost?
b) Si tenim 2 g de...