Меню

Для нагревания водорода массой 20 г при постоянном давлении

для нагревания водорода массой 20 гр при постоянном давлении затрачена теплота 2,94 кДж. как изменится температура газа?

Другие вопросы из категории

Читайте также

изменяет ся внутренняя энергия воздуха, если его давление равно 150 кПа? Удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении равна 1000 Дж/(кг • °С), молярная масса воздуха — 29 г/моль.

Какое количество теплоты потребуется для нагревания 2 кг воды в алюминиевой

кастрюле массой 800 г от 20 0С до кипения?

3. На сколько градусов можно нагреть 7 кг воды при сжигании 50 г каменного угля,

считая, что вся теплота полученная при сгорании угля, пойдет на нагревание воды?

4. В фарфоровую чашку массой 100 г при температуре 20 0С влили 200 г кипятка.

Окончательная температура оказалась 93 0С. Определить удельную теплоемкость фарфора.

5. На газовой плитке нагрели 2 кг воды в алюминиевом чайнике массой 1 кг от 20 0С

до 80 0С. Сколько природного газа потребовалось для этого, если считать, что вся теплота, выделившаяся при сгорании газа, пошла на нагревание воды и чайника?

6.Какое количество каменного угля необходимо для нагревания от 10 0С до 50 0С кирпичной печи массой 1,2 т, если КПД печи 30%?

7. Для определения температуры в печи нагретый в ней стальной болт массой 0,3 кг бросили в медный сосуд массой 0,2 кг, содержащий 1,2 кг воды при 15 0С. Температура воды повысилась до 32 0С. Вычислите температуру печи.

требуется 400 дж теплоты 2) 1 кг латуни при 0*С выделяется 400 дж теплоты 3) любой массе латуни при 100*С сообщается 400 дж теплоты 4)для нагревания 1 кг латуни на 1*С потребуется 400 дж теплоты

объеме так, что давление газа падает в n раз. Затем газ нагревают при постоянном
давлении до первоначальной температуры T. Найдите совершенную газом работу, если
его молярная масса M

а) см3 б) л в) м3 г) дм3 д) м

2. Физическая величина, давление (p), определяется по формуле:

3. Выражение V1T2 = V2T1 (при p = const,

а) законом Бойля-Мариотта

б) законом Гей-Люссака

г) уравнением Менделеева-Клайперона

д) основным уравнением МКТ

4. При изохорном процессе в газе не изменяется (при m = const) его:

а) давление б) объем в) температура

г) средняя квадратичная скорость молекул

д) средняя кинетическая энергия молекул

5. Как изменится давление идеального газа при увеличении его объема в 2 раза и уменьшении абсолютной температуры в 2 раза?

а) уменьшится в 2 раза

б) увеличится в 2 раза

в) уменьшится в 4 раза

г) увеличится в 4 раза

6. Какой из графиков на рисунке является графиком изотермического процесса идеального газа?

7. Кислород находится в сосуде вместимостью

0,4 м3 под давлением 8,3*105 Па и при температуре 320 К. Масса газа равна:

а) 0,2 кг б) 0,4 кг в) 4 кг г) 2 кг д) 0,5 кг

8. Какова плотность воздуха (М = 29*10-3 кг/моль) в камере сгорания дизельного двигателя при температуре 503 °С, если давление воздуха равно 400 кПа?

а) 1,2 кг/м3 б) 1,5 кг/м3

в) 1,8 кг/м3 г) 2,1 кг/м3 д) 2,4 кг/м3

9. При давлении 105 Па и температуре 15 °С объем воздуха 2 л. При каком давлении воздух займет объем 4 л, если температура его станет 20 °С?

а) 103 Па б) 3,5*104 Па в) 0,5*105 Па

г) 0,8*106 Па д) 2*105 Па

10. В баллоне находится газ при t = 27 °С. Во сколько раз изменится давление газа, если 50% его выйдет из баллона, а температура при этом увеличится до 600 К?

а) увеличится в 2 раза

в) уменьшится в 2 раза

г) увеличится в 4 раза

д) уменьшится в 4 раза

11. Масса кислорода m при давлении p занимает объем V. Как изменится температура газа, если при увеличении давления до 3p его объем уменьшился до , при этом 10% газа улетучилось?

б) увеличится в 2 раза

в) уменьшится в 3 раза

г) увеличится в 4 раза

д) уменьшится в 6 раз

12. При температуре t = 36 °С и давлении

p = 0,7 МПа плотность газа ρ = 12 кг/м3. Определите молярную массу газа.

а) 8*10-3 кг/моль б) 16*10-3 кг/моль

в) 32*10-3 кг/моль г) 44*10-3 кг/моль

13. На рисунке дана изохора для 360 г водорода. Какому объему соответствует эта изохора?

14. Для того, чтобы плотность идеального газа при неизменном давлении увеличилась в 2 раза, абсолютную температуру газа следует:

а) увеличить в 2 раза

б) увеличить в 4 раза

г) уменьшить в 2 раза

д) уменьшить в 4 раза

15. В сосуде объемом V при давлении p и температуре Т может находиться ν молей идеального газа, равное

Источник

Упражнение 15

Решение упражнений к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева

1. Как изменится внутренняя энергия одноатомного идеального газа, если его давление увеличится в 3 раза, а объем уменьшится в 2 раза?

Читайте также:  Датчики давления в шинах гарантийный случай

2. Термодинамической системе передано количество теплоты 200 Дж. Как изменилась внутренняя энергия системы, если при этом она совершила работу 400 Дж?

3. Стержень отбойного молотка приводится в движение сжатым воздухом. Масса воздуха в цилиндре за время хода поршня меняется от 0,1 до 0,5 г. Считая давление воздуха в цилиндре и температуру (27⁰C) постоянными, определите работу газа за один ход поршня. Молярная масса воздуха М = 0,029 кг/моль.

4. На одинаковые газовые горелки поставили два одинаковых плотно закупоренных сосуда вместимостью по 1 л. В одном сосуде находится вода, а в другом — воздух. Какой сосуд быстрее нагревается до 50 °С? Почему?

5. Предложен следующий проект вечного двигателя (рис. 13.12). Закрытый сосуд разделен на две половинки герметичной перегородкой, сквозь которую пропущены трубка и водяная турбина в кожухе с двумя отверстиями. Давление воздуха в нижней части больше, чем в верхней. Вода поднимается по трубке и наполняет открытую камеру. В нижней части очередная порция воды выливается из камеры турбины, подошедшей к отверстию кожуха. Почему данная машина не будет работать вечно?

6. Положительна или отрицательна работа газа в процессах 1—2, 2—3 и 3—1 на рисунке 10.5? Получает газ тепло или отдает в каждом из этих процессов?

7. Какое количество теплоты необходимо для изохорного нагревания гелия массой 4 кг на 100 К?

8. Вычислите увеличение внутренней энергии водорода массой 2 кг при изобарном его нагревании на 10 К. (Удельная теплоемкость водорода при постоянном давлении равна 14 кДж/(кг• К).)

9. В цилиндре компрессора сжимают идеальный одноатомный газ, количество вещества которого 4 моль. Определите, насколько поднялась температура газа за один ход поршня, если при этом была совершена работа 500 Дж. Процесс считайте адиабатным.

10. В калориметре находится вода массой 0,4 кг при температуре 10 °С. В воду положили лед массой 0,6 кг при температуре -40 ⁰С. Какая температура установится в калориметре, если его теплоемкость ничтожно мала?

11. Какой должна быть температура нагревателя, для того чтобы стало возможным достижение значения КПД тепловой машины 80%, если температура холодильника 27 °С?

12. В процессе работы тепловой машины за некоторое время рабочим телом было получено от нагревателя количество теплоты (Q1 = 1,5 •10 6 Дж, передано холодильнику Q2 = -1,2 • 10 6 Дж. Вычислите КПД машины и сравните его с максимально возможным КПД, если температуры нагревателя и холодильника соответственно равны 250 °С и 30 °С.

Источник

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики есть закон сохранения энергии в применении его к термодинамическим процессам. Можно дать несколько, по существу равноценных, формулировок этого закона:

а) общая энергия изолированной системы остается постоянной независимо от каких бы то ни было изменений, происходящих в этой системе;

б) изменение внутренней энергии системы (∆U) равно разности между количеством сообщенной системе теплоты q и количеством работы А, совершенной системой.

Математическое выражение первого закона термодинамики будет иметь вид:

q — считается положительной, если теплота поглощается систе­мой, и отрицательной, если теплота выделяется [2].

Из первого закона термодинамики вытекает ряд следствий, имеющих большое значение для физической химии и решения раз­личных технологических задач. Мы ограничимся применением пер­вого закона термодинамики только для идеальных газов и рассмот­рим важнейшие процессы: изохорический, изобарический, изотер­мический и адиабатический.

Изохорический процесс протекает при постоянном объеме, поэтому система никакой работы не совершает. В этом случае вся теплота расходуется на увеличение внутренней энергии системы. Если V — соnst, то A=0, тогда

При изохорическом процессе количество теплоты, получае­мое системой, можно вычислить по уравнениям:

гдеn — количество вещества; р1 и р2 — соответственно начальное и конечное давление системы; — молярная теплоемкость при постоянном объеме; T1 — начальная температура; T2 — конечная температура.

Если теплота поглощается системойпри постоянном давлении, то в системе соответственно увеличивается энтальпия. Если р = const, то
∆U = qp — А, но ∆U + А = ∆H. Тогда qp = ∆H (2.4)

Количество теплоты, получаемое системой в этих условиях, мо­жет быть вычислено по уравнениям:

qp = (V2 –V1) (2.6)

где Ср — молярная теплоемкость при постоянном давлении; V1 и V2 -соответственно начальный и конечный объем системы.

Работа при изобарическом процессе выражается уравнением:

Если совершается изотермический процесс, то внутренняя энергия системы при этом не меняется. Вся сообщаемая теплота расходуется на работу по расширению системы.

Если T = сonst, то ∆U = 0, тогда q = A.

Работа изотермического расширения системы может быть вы­числена по уравнениям:

А = nRТ -2,3 lg ; (2.8)

A = nRТ -2,3 lg (2.9)

При адиабатическом процессе теплообмен между данной систе­мой и окружающей средой отсутствует, поэтому q = 0. При этом система может совершать работу только за счет убыли внутренней энергии: А = -∆U. Работа в этом случае может быть вычислена по одному из следующих уравнений:

Читайте также:  Прибор для регулирования давления в системе водяного отопления

A = , (2.11)

A = (T1 – T2), (2.12)

ϒ = (2.13)

Связь между давлением, объемом и температурой в начале и конце адиабатического процесса выражается уравнениями:

Для одноатомных газов

Cv = R, а Cp = R (2.16)

= ϒ; ϒ = 1,67 (2.17)

Для двухатомных газов

Cv = R, a Cp = R (2.18)

= ϒ = 1,40 (2.19)

Примеры

1. Путем нагревания при постоянном давлении в 1,013∙10 5 Па газу сообщено 2093,4 Дж теплоты. Определить изменение внутрен­ней энергии этого газа, если он при этом расширился от 0,01 до 0,02 м 3 .

Решение: Согласно первому закону термодинамики ∆U = q — А. Работа, совершенная газом при изобарическом расшире­нии, может быть вычислена по уравнению (2.7):

А = 1,013 . 10 5 Па • (0,02 м 3 — 0,01 м 3 ) = 1013 Дж

Отсюда ∆U = 2093,4 — 1013 = 1080,4 (Дж).

2. Гелий массой 75 г нагревали при температуре 100 °С и давлении 1,013 • 10 5 Па. Вычислить количество затраченной теплоты, если объем газа изменился от 3 до 15 л.

Решение: Так как нагревание газа происходит изотерми­чески и изобарически, то количество затраченной теплоты можно вычислить по уравнению (2.6), только дополнительно необходимо определить количество вещества п и молярную теплоемкость гелия при постоянном давлении:

n (Не) = 18,75 (моль)

Гелий — одноатомный газ, поэтому согласно формуле (2.16)

Ср = • 8,314 = 20,79 (Дж/моль);

qp = (V2 – V1)

qp = 18,75•20,79•373/3• (15 – 3) = 581600 (Дж) или 582 кДж

3. Определить работу, совершаемую азотом при изотермическом (20 ºС) расширении его от 0,015 до 0,1 м 3 , если начальное давление было 3,039 • 10 5 Па. Каково будет конечное давление?

Решение. Для изотермического процесса работа расшире­ния газа может быть вычислена по уравнению (2.8). Количество вещества азота находим из уравнения состояния идеального газа:

n(N2) = ;

n(N2) = = 1,875 (моль)

А = пКТ • 2,3lg ;

А= 1,875 • 8,314 • 293 • 2,3 lg = 8657 (Дж)

Конечное давление газа при постоянной температуре и извест­ном объеме находим по закону Бойля — Мариотта:

=

p2 = ;

p2 = = 45600 (Па)

4. Сколько нужно затратить теплоты, чтобы изохорически на­греть кислород массой 25 г от 0 до 50 °С?

Решение. При изохорическом процессе газ никакой работы не совершает, поэтому вся подводимая к газу теплота расходуется на его нагревание. Согласно уравнению (2.2)

qv = nCv(T2 – T1); п (02) = = 0,781 (моль)

Для двухатомного газа

Cv = R

С = 2,5 • 8,314 = 20,79 (Дж);

qv = 0,781 • 20,79 • (323 — 273) = 812 (Дж)

5. Навеску водорода массой 0,5 г, взятую при 25 °С, адиабатически сжимают от 6 до 2 л. Определить конечную температуру газа и работу, затраченную на его сжатие.

Решение. Связь между объемом и температурой адиабатиче­ского процесса показывает уравнение (2.14):

Для двухатомного газа ϒ = 1,40. Из уравнения (2.14) находим Т2:

Т2 = ; T2 =

lgT2 = lg 298 + 0,4lg 6 – 0,4lg2 = 2,6651;

Для определения затраченной работы применим уравнение (2.10):

А = пСv (T1 T2); п2) = = 0,25 (моль)

Для двухатомного газа Сv = 8,314 = 20,79 (Дж);

А = 0,25 • 20,79 • (298 — 462,5) = -855 (Дж)

Термохимия

Тепловым эффектом реакции называют теплоту, выделенную или поглощенную в ходе химической реакции, протекающей необ­ратимо при постоянном давлении или постоянном объеме, причем температура исходных веществ (исх) и продуктов реакции (прод) одна и та же. В термодинамике положительной считают ту теплоту, которую подводят к системе (эта теплота поглощается системой), а отрицательной — ту, которую система выделяет. В термохимии приняты обратные обозначения.

Тепловой эффект химической реакции относят обычно к 1 моль образовавшегося вещества (обр). С этой целью нередко в термо­химических уравнениях коэффициенты следует брать дробными.

Из первого закона термодинамики (2.1) следует: qv = ∆U; qv = ∆H. Таким образом, тепловой эффект химической реакции при постоянном объеме представляет собой изменение внутренней энергии системы ∆U , а при постоянном давлении — изменение энтальпии ∆H . Разница между∆H и ∆U мала, если реакция идет между жидкими или твердыми веществами. В случае реакций с участием газообразных веществ это различие заметно. Если в реак­ции участвует п1 моль, а получается п2 моль газообразных веществ, то

В термохимии чаще имеют дело с ∆Н.

Основным законом термохимии является закон Гесса (1840) — частный случай первого закона термодинамики: если процесс идет при постоянном давлении или при постоянном объеме, то тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конеч­ного состояния реагирующих веществ и не зависит от пути, по ко­торому реакция протекает. Из закона Гесса вытекают следствия:

1. Тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования получающихся веществ и суммой теплот образования вступающих в реакцию веществ (с учетом их стехио- метрических коэффициентов):

2. Тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот сгорания (сгор) исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции (с учетом их стехиометрических коэф­фициентов):

Читайте также:  Какой редуктор давления воды лучше установить

Величины стандартных теплот образования и теплот сгорания находят в справочниках. Значение закона Гесса состоит в том, что он позволяет определить тепловые эффекты таких реакций, которые или нереализуемы, или не могут быть проведе­ны чисто, т. е. без побочных процессов [2].

При растворении кристаллогидратов наблюдается более низ­кий тепловой эффект, чем при растворении безводной соли. Раз­ность между теплотой растворения безводной соли ∆Hбезв и тепло­той растворения ее кристаллогидрата ∆Hкр есть теплота гидратации ∆Hгидр:

Примеры

1. Реакция горения ацетилена при стандартных условиях вы­ражается уравнением:

С2Н2 + 2 2 = 2С02+ Н2Ож, ∆Н = -1300 кДж

Определить теплоту образования ацетилена при постоянном давлении.

Решение. Для решения задачи данный химический процесс следует разбить на отдельные промежуточные стадии:

1) разложение ацетилена на углерод и водород:

2) образование углекислого газа из углерода и кислорода:

2С + 202 = 2С02 — 2 • 393,77 кДж

3) образование жидкой воды из водорода и кислорода:

Н2 + 2 = Н2Ож — 285,96 кДж

Сумма тепловых эффектов всех стадий этого процесса и должна равняться общему тепловому эффекту горения ацетилена:

Нх = -226,5 кДж, ∆Нх — теплота разложения ацетилена; сле­довательно, теплота образования ацетилена при стандартных усло­виях ∆Н º 298 равна 226,5 кДж.

Теплоту образования ацетилена также можно определить, ис­пользуя следствие из закона Гесса (2.21), т. е. теплота горения аце­тилена будет равна сумме теплот образования 2 моль углекислого газа и 1 моль воды (жидкой) минус теплота образования 1 моль аце­тилена:

-2 • 393,77 — 285,96 — ∆Н º 298 = -1300;

2. Процесс алюминотермии выражается химическим уравнением:

Рассчитать, сколько выделится теплоты при сгорании 1 кг термита.

Решение. По теплотам образования участвующих в реакции веществ определим тепловой эффект реакции в целом. Для этого рассмотрим отдельно каждую стадию процесса:

Алгебраическая сумма всех стадий процесса и будет составлять тепловой эффект реакции:

∆H = 3 • 1117,82 — 4 • 1670,5 = -3328,5 кДж

Из уравнения реакции следует, что 3328, 5 кДж теплоты выделяется при взаимодействии алюминия массой 216 г (8 • 27) и магнетита массой 696 г (3 • 232), т. е. при сгорании термита массой 912 г. При сгорании термита массой 1000 г выделится х кДж:

912 : 1000 = -3328,5 : х; х = -365 (кДж)

3. Вычислить тепловой эффект при постоянном давлении и постоянном объеме в стандартных условиях реакции:

Решение. Тепловой эффект реакции может быть рассчитан по теплотам образования участвующих в реакции веществ (2.21). Но в данном случае удобнее его рассчитать по тепловым эффек­там сгорания (2.22). В справочнике находим тепловые эффекты полного сгорания всех реагирующих веществ в кислороде. Теплота сгорания этилового спирта равна — 1367,7 кДж. Теплота сгорания СН3СООНж равна — 872,1 кДж. Теплота сгорания Н2Ож равна нулю, так как она высший оксид, продукт полного сгорания водо­рода в кислороде:

∆Нреакц = — 1367,7 — (-872,1) = — 495,6 (кДж/моль)

∆U º 289 рассчитываем по уравнению (2.20), но предварительно кило­джоули переведем в джоули:

∆U º 289 = -495600 – 8,314 • 298 • (0 — 1); ∆U º 289 = — 493 (кДж)

4. На сколько градусов повысится температура при растворении 0,5 моль серной кислоты в воде массой 400 г, если теплота растворе­ния серной кислоты равна — 74,94 кДж, а удельная теплоемкость раствора равна 3,77 Дж/(г • К)?

Решение. 74 940 Дж выделяются при растворении 1 моль кислоты. При растворении же 0,5 моль серной кислоты массой 49 г в воде массой 400 г образуется раствор массой 449 г и выделится 37 470 Дж (74 940 • 0,5). 3,77 Дж нагревают раствор массой 1 г на 1 °С, а 37 470 Дж нагревают на ∆t:

449 • 3,77 • ∆t = 37 470. Отсюда ∆t = 22,14 °С.

5. При растворении сульфата меди массой 8 г в воде массой
192 г температура повышается на 3,95 °С. Определить теплоту гидратации сульфата меди СuS04, если известно, что теплота раст­ворения СuS04,• 5Н20 равна 11 723 Дж. Удельная теплоемкость раствора равна 4,187 Дж/(г • К).

Решение. Для нагревания раствора массой 1 г на 1 °С по­требуется 4,187 Дж, а для нагревания раствора массой 200 г (8 + 192) на 3,95 °С потребуется:

4,187 • 200 • 3,95 = 3308 (Дж)

Следовательно, при растворении сульфата меди массой 8 г в воде массой 192 г выделяется 3308 Дж, а при растворении 1 моль (160 г) безводной соли выделится ∆Hбезв.

Тогда 8:160 = -3308:∆Hбезв;

∆Hбезв=-66160 (Дж).
Из уравнения (2.23) находим теплоту гидратации:

∆Нгидр = 66160 — 11723 = — 77 883 (Дж)

Источник

Adblock
detector