Æfingar

Logandi eldspýta og varðeldur geta haft sama hitastig, en þú myndir samt ekki sitja við logandi eldspýtu á haustkvöldi til að halda á þér hita. Hvers vegna ekki?

Búðu til töflu sem sýnir nokkrar orkuumbreytingar sem eiga sér stað við hefðbundna notkun bifreiðar.

Útskýrðu muninn á varmarýmd og eðlisvarma efnis.

Reiknaðu varmarýmd eftirfarandi, í joulum og kaloríum á gráðu:

(a) 28,4 g af vatni

(b) 1,00 oz af blýi

Reiknaðu varmarýmd eftirfarandi, í joulum og kaloríum á gráðu:

(a) 45,8 g af köfnunarefnisgasi

(b) 1,00 pund af álmálmi

Hversu miklum varma, í joulum og kaloríum, þarf að bæta við 75,0 g járnkubb með eðlisvarma 0,449 J/g °C til að hækka hitastig hans úr 25 °C upp í bræðslumark hans, sem er 1535 °C?

Hversu mikinn varma, í joulum og kaloríum, þarf til að hita 28,4 g (1 oz) ísmola úr −23,0 °C í −1,0 °C?

Hversu mikið myndi hitastig 275 g af vatni hækka ef 36,5 kJ af varma væri bætt við?

Ef 14,5 kJ af varma væri bætt við 485 g af fljótandi vatni, hversu mikið myndi hitastig þess hækka?

Bútur af óþekktu efni vegur 44,7 g og þarf 2110 J til að hækka hitastig sitt úr 23,2 °C í 89,6 °C.

(a) Hver er eðlisvarmi efnisins?

(b) Ef það er eitt af efnunum í töflu 5.1, hvaða efni er það líklegast?

Bútur af óþekktu föstu efni vegur 437,2 g og þarf 8460 J til að hækka hitastig sitt úr 19,3 °C í 68,9 °C.

(a) Hver er eðlisvarmi efnisins?

(b) Ef það er eitt af efnunum í töflu 5.1, hvaða efni er það líklegast?

Álketill vegur 1,05 kg.

(a) Hver er varmarýmd ketilsins?

(b) Hversu mikinn varma þarf til að hækka hitastig þessa ketils úr 23,0 °C í 99,0 °C?

(c) Hversu mikinn varma þarf til að hita þennan ketil úr 23,0 °C í 99,0 °C ef hann inniheldur 1,25 L af vatni (með eðlismassa 0,997 g/mL og eðlisvarma 4,184 J/g °C)?

Flestum þykja vatnsrúm óþægileg nema hitastigi vatnsins sé haldið við um það bil 85 °F. Ef það er ekki hitað kólnar vatnsrúm sem inniheldur 892 L af vatni úr 85 °F í 72 °F á 24 klukkustundum. Áætlaðu það magn raforku sem þarf á 24 klukkustundum, í kWh, til að koma í veg fyrir að rúmið kólni. Athugaðu að 1 kílóvattstund (kWh) = 3,6 × 10⁶ J, og gerðu ráð fyrir að eðlismassi vatns sé 1,0 g/mL (óháð hitastigi). Hvaða aðrar forsendur gafstu þér? Hvernig höfðu þær áhrif á útreiknaða niðurstöðu þína (þ.e. voru þær líklegar til að gefa „jákvæðar“ eða „neikvæðar“ skekkjur)?

500 mL flaska af vatni við stofuhita og 2 L flaska af vatni við sama hitastig voru settar í ísskáp. Eftir 30 mínútur hafði 500 mL flaskan kólnað niður í hitastig ísskápsins. Klukkustund síðar hafði 2 L flaskan kólnað niður í sama hitastig. Þegar spurt var hvort vatnssýnið hefði tapað meiri varma svaraði einn nemandi því til að báðar flöskurnar hefðu tapað jafn miklum varma þar sem þær byrjuðu og enduðu í sama hitastigi. Annar nemandi taldi að 2 L flaskan hefði tapað meiri varma vegna þess að þar var meira vatn. Þriðji nemandinn taldi að 500 mL flaskan hefði tapað meiri varma vegna þess að hún kólnaði hraðar. Fjórði nemandinn taldi að ekki væri hægt að segja til um það þar sem við vitum ekki upphafshitastig og lokahitastig vatnsins. Tilgreindu hvert þessara svara er rétt og lýstu villunni í hverju hinna svaranna.

Yrði mældur varmi fyrir efnahvarfið í dæmi 5.5 meiri, minni eða sá sami ef við notuðum varmamæli sem einangraði verr en kaffibollavarmamælir? Rökstuddu svarið.

Myndi sá varmi sem upplausnin í dæmi 5.6 dregur í sig virðast meiri, minni eða sá sami ef tilraunamaðurinn notaði varmamæli sem einangraði verr en kaffibollavarmamælir? Rökstuddu svarið.

Myndi sá varmi sem upplausnin í dæmi 5.6 dregur í sig virðast meiri, minni eða sá sami ef tekið væri tillit til varmarýmdar varmamælisins? Rökstuddu svarið.

Hversu mörgum millilítrum af vatni við 23 °C með eðlismassa 1,00 g/mL þarf að blanda saman við 180 mL (um 6 únsur) af kaffi við 95 °C svo að blandan sem verður til fái hitastigið 60 °C? Gerðu ráð fyrir að kaffi og vatn hafi sama eðlismassa og sama eðlisvarma.

Hversu mikið mun hitastig kaffibolla (180 g) við 95 °C lækka þegar 45 g silfurskeið (eðlisvarmi 0,24 J/g °C) við 25 °C er sett í kaffið og þau látin ná sama hitastigi? Gerðu ráð fyrir að kaffið hafi sama eðlismassa og eðlisvarma og vatn.

Álskeið sem er 45 g (eðlisvarmi 0,88 J/g °C) við 24 °C er sett í 180 mL (180 g) af kaffi við 85 °C og hitastig þeirra verður jafnt.

(a) Hvert er lokahitastigið þegar þau verða jöfn? Gerðu ráð fyrir að kaffi hafi sama eðlisvarma og vatn.

(b) Í fyrsta sinn sem nemandi leysti þetta dæmi fékk hún svarið 88 °C. Útskýrðu hvers vegna þetta er augljóslega rangt svar.

Hitastig kælivatnsins þegar það yfirgefur heita vél bifreiðar er 240 °F. Eftir að það fer í gegnum vatnskassann er hitastig þess 175 °F. Reiknaðu varmamagnið sem flyst frá vélinni til umhverfisins með einu galloni af vatni sem hefur eðlisvarma 4,184 J/g °C.

70,0 g málmstykki við 80,0 °C er sett í 100 g af vatni við 22,0 °C í varmamæli eins og þeim sem sýndur er á mynd 5.12. Málmurinn og vatnið ná sama hitastigi við 24,6 °C. Hversu mikinn varma gaf málmurinn frá sér til vatnsins? Hver er eðlisvarmi málmsins?

Ef efnahvarf myndar 1,506 kJ af varma, sem lokast inni í 30,0 g af vatni sem er upphaflega við 26,5 °C í varmamæli eins og þeim á mynd 5.12, hvert verður lokahitastig vatnsins?

0,500 g sýni af KCl er bætt út í 50,0 g af vatni í varmamæli (mynd 5.12). Ef hitastigið lækkar um 1,05 °C, hvert er þá áætlað varmamagn sem fylgir upplausn KCl, að því gefnu að eðlisvarmi lausnarinnar sem myndast sé 4,18 J/g °C? Er efnahvarfið útvermið eða innvermið?

Þegar 3,0 g af CaCl₂ (s) eru leyst upp í 150,0 g af vatni í varmamæli (mynd 5.12) við 22,4 °C hækkar hitastigið upp í 25,8 °C. Hvert er áætlað varmamagn sem fylgir upplausninni, að því gefnu að eðlisvarmi lausnarinnar sem myndast sé 4,18 J/g °C? Er efnahvarfið útvermið eða innvermið?

Þegar 50,0 g af 0,200 M NaCl(aq) við 24,1 °C er bætt út í 100,0 g af 0,100 M AgNO₃ (aq) við 24,1 °C í varmamæli, hækkar hitastigið upp í 25,2 °C um leið og AgCl(s) myndast. Reiknaðu áætlað varmamagn í joulum sem myndast, að því gefnu að eðlisvarmi lausnarinnar og myndefnanna sé 4,20 J/g °C.

Þegar 3,15 g af Ba(OH)₂·8H₂O var bætt út í lausn með 1,52 g af NH₄SCN í 100 g af vatni í varmamæli lækkaði hitastigið um 3,1 °C. Að því gefnu að eðlisvarmi lausnarinnar og myndefnanna sé 4,20 J/g °C, reiknaðu áætlað varmamagn sem efnahvarfið tekur upp, en því má lýsa með eftirfarandi jöfnu:

Ba(OH)₂·8H₂O(s) + 2NH₄SCN(aq) ⟶ Ba(SCN)₂ (aq) + 2NH₃ (aq) + 10H₂O(l)

Efnahvarf 50 mL af sýru og 50 mL af basa sem lýst er í dæmi 5.5 hækkaði hitastig lausnarinnar um 6,9 ºC. Hversu mikið hefði hitastigið hækkað ef 100 mL af sýru og 100 mL af basa hefðu verið notuð í sama varmamæli og byrjað á sama hitastigi, 22,0 ºC? Útskýrðu svarið.

Ef 3,21 g af NH₄NO₃ í dæmi 5.6 væru leyst upp í 100,0 g af vatni við sömu aðstæður, hversu mikið myndi hitastigið breytast? Útskýrðu svarið.

Þegar 1,0 g af frúktósa, C₆H₁₂O₆ (s), sykri sem finnst víða í ávöxtum, eru brennd í súrefni í sprengjuvarmamæli, hækkar hitastig varmamælisins um 1,58 °C. Ef varmarýmd varmamælisins og innihalds hans er 9,90 kJ/°C, hvert er þá q fyrir þennan bruna?

Þegar 0,740 g sýni af trínitrótólúeni (TNT), C₇H₅N₂O₆, er brennt í sprengjuvarmamæli, hækkar hitastigið frá 23,4 °C upp í 26,9 °C. Varmarýmd varmamælisins er 534 J/°C og hann inniheldur 675 mL af vatni. Hversu mikill varmi myndaðist við bruna TNT-sýnisins?

Ein aðferð til að framleiða rafmagn er að brenna kolum til að hita vatn, sem myndar gufu sem knýr rafal. Til að ákvarða hversu hratt þarf að mata kolum í brennarann í slíku orkuveri verður að ákvarða brunavermi á hvert tonn af kolum með sprengjuvarmamæli. Þegar 1,00 g af kolum eru brennd í sprengjuvarmamæli (mynd 5.17) hækkar hitastigið um 1,48 °C. Ef varmarýmd varmamælisins er 21,6 kJ/°C, ákvarðaðu þá varmann sem myndast við bruna á einu tonni af kolum (2,000 × 10³ pund).

Ráðlagður skammtur af fitu fyrir einstakling með daglegt mataræði sem inniheldur 2000 hitaeiningar er 65 g. Hversu stór hluti hitaeininganna í þessu mataræði kæmi frá þessu magni af fitu ef meðalfjöldi hitaeininga í fitu er 9,1 hitaeiningar/g?

Ein teskeið af kolvetninu súkrósa (venjulegum sykri) inniheldur 16 hitaeiningar (16 kcal). Hver er massi einnar teskeiðar af súkrósa ef meðalfjöldi hitaeininga í kolvetnum er 4,1 hitaeiningar/g?

Hver er mesti mögulegi massi kolvetna í 6 únsna skammti af sykurlausu gosi sem inniheldur minna en 1 hitaeiningu í dós ef meðalfjöldi hitaeininga í kolvetnum er 4,1 hitaeiningar/g?

Eitt pint af gæðaís getur innihaldið 1100 hitaeiningar. Hvaða massi af fitu, í grömmum og pundum, þarf að myndast í líkamanum til að geyma auka 1,1 × 10³ hitaeiningar ef meðalfjöldi hitaeininga í fitu er 9,1 hitaeiningar/g?

Einn skammtur af morgunkorni inniheldur 3 g af prótíni, 18 g af kolvetnum og 6 g af fitu. Hvað inniheldur skammtur af þessu morgunkorni margar hitaeiningar ef meðalfjöldi hitaeininga í fitu er 9,1 hitaeiningar/g, í kolvetnum 4,1 hitaeiningar/g og í prótíni 4,1 hitaeiningar/g?

Hver er ódýrasta orkulindin í kílójólum á hvern dollara: kassi af morgunkorni sem vegur 32 únsur og kostar $4,23, eða líter af ísóoktani (eðlismassi, 0,6919 g/mL) sem kostar $0,45? Berðu næringargildi morgunkornsins saman við varmann sem myndast við bruna ísóoktans við staðalaðstæður. Skammtur sem nemur 1,0 únsu af morgunkorninu gefur 130 hitaeiningar.

Útskýrðu hvernig varminn sem mældur er í dæmi 5.5 er frábrugðinn vermisbreytingunni fyrir útvermið efnahvarfið sem lýst er með eftirfarandi jöfnu: HCl (aq) + NaOH (aq) ⟶ NaCl (aq) + H₂O (l)

Notaðu gögnin í hlutanum „Prófaðu þig“ í dæmi 5.5 til að reikna út ΔH í kJ/mol af AgNO₃ (aq) fyrir efnahvarfið: NaCl (aq) + AgNO₃ (aq) ⟶ AgCl (s) + NaNO₃ (aq)

Reiknaðu lausnarvermi (ΔH fyrir upplausnina) á hvert mól af NH₄NO₃ við þær aðstæður sem lýst er í dæmi 5.6.

Reiknaðu ΔH fyrir efnahvarfið sem jafnan lýsir. (Ábending: Notaðu gildið fyrir áætlað varmamagn sem efnahvarfið tók í sig og þú reiknaðir út í fyrri æfingu.) Ba(OH)₂·8H₂O (s) + 2 NH₄SCN (aq) ⟶ Ba(SCN)₂ (aq) + 2 NH₃ (aq) + 10 H₂O (l)

Reiknaðu lausnarvermi (ΔH fyrir upplausnina) á hvert mól af CaCl₂ (sjá æfingu 5.25).

Þótt gasið sem notað er í logsuðutæki (mynd 5.7) sé að mestu leyti hreint asetýlen, er varminn sem myndast við bruna á einu móli af asetýleni í slíku tæki líklega ekki jafn brunavermi asetýlens sem gefið er upp í töflu 5.2. Stingdu upp á skýringu með hliðsjón af þeim skilyrðum sem töflugögnin miðast við.

Hversu mikill varmi myndast við bruna á 4,00 mólum af asetýleni við staðalaðstæður?

Hversu mikill varmi myndast við bruna á 125 g af metanóli við staðalaðstæður?

Hversu mörg mól af ísóoktani þarf að brenna til að framleiða 100 kJ af varma við staðalaðstæður?

Hvaða massa af kolmónoxíði þarf að brenna til að framleiða 175 kJ af varma við staðalaðstæður?

Þegar 2,50 g af metani brenna í súrefni myndast 125 kJ af varma. Hvert er brunavermið á hvert mól af metani við þessar aðstæður?

Hversu mikill varmi myndast þegar 100 mL af 0,250 M HCl (eðlismassi, 1,00 g/mL) og 200 mL af 0,150 M NaOH (eðlismassi, 1,00 g/mL) er blandað saman? HCl (aq) + NaOH (aq) ⟶ NaCl (aq) + H₂O (l) ΔH° = −58 kJ

Ef báðar lausnirnar eru við sama hitastig og eðlisvarmi myndefnanna er 4,19 J/g °C, hversu mikið mun hitastigið hækka? Hvaða forsendu gafstu þér í útreikningum þínum?

Sýni með 0,562 g af kolefni er brennt í súrefni í sprengjuvarmamæli, sem myndar koldíoxíð. Gerðu ráð fyrir að bæði hvarfefni og myndefni séu við staðalaðstæður og að varminn sem losnar sé í beinu hlutfalli við brunavermi grafíts. Hitastig varmamælisins hækkar úr 26,74 °C í 27,93 °C. Hver er varmarýmd varmamælisins og innihalds hans?

Áður en klórflúorkolefni komu til sögunnar var brennisteinsdíoxíð (uppgufunarvermi, 6,00 kcal/mol) notað í ísskápa á heimilum. Hvaða massa af SO₂ þarf að gufa upp til að fjarlægja jafn mikinn varma og uppgufun á 1,00 kg af CCl₂F₂ (uppgufunarvermi er 17,4 kJ/mol)?

Uppgufunarhvörfin fyrir SO₂ og CCl₂F₂ eru annars vegar SO₂ (l) ⟶ SO₂ (g) og hins vegar CCl₂F₂ (l) ⟶ CCl₂F₂ (g).

Hægt er að hita upp heimili með því að dæla heitu vatni í gegnum ofna. Hvaða massi af vatni mun veita jafn mikinn varma þegar það kólnar úr 95,0 í 35,0 °C og varminn sem fæst þegar 100 g af gufu kólna úr 110 °C í 100 °C?

Hvaða brunavermi í töflu 5.2 eru einnig staðalmyndunarvermi?

Er staðalmyndunarvermi H₂O(g) frábrugðinn ΔH° fyrir efnahvarfið 2H₂ (g) + O₂ (g) ⟶ 2 H₂O (g)?

Joseph Priestly framleiddi súrefni árið 1774 með því að hita rautt kvikasilfurs(II)oxíð með sólarljósi sem beint var í gegnum linsu. Hversu mikinn varma þarf til að sundra nákvæmlega 1 móli af rauðu HgO(s) í Hg(l) og O₂ (g) við staðalaðstæður?

Hversu mörg kílójóul af varma losna þegar nákvæmlega 1 mól af mangani, Mn, er brennt til að mynda Mn₃O₄ (s) við staðalaðstæður?

Hversu mörg kílójóul af varma losna þegar nákvæmlega 1 mól af járni, Fe, er brennt til að mynda Fe₂O₃ (s) við staðalaðstæður?

Eftirfarandi röð efnahvarfa á sér stað við iðnaðarframleiðslu á saltpéturssýrulausn: 4 NH₃ (g) + 5 O₂ (g) ⟶ 4 NO (g) + 6 H₂O (l) ΔH = −907 kJ 2 NO (g) + O₂ (g) ⟶ 2 NO₂ (g) ΔH = −113 kJ 3 NO₂ + H₂O (l) ⟶ 2 HNO 3 (aq) + NO (g) ΔH = −139 kJ

Ákvarðaðu heildarvermibreytingu fyrir framleiðslu á einu móli af saltpéturssýrulausn með þessu ferli. Aukaafurðir heildarefnahvarfsins eru meðal annars vatn og niturmónoxíð.

Bæði grafít og demantur brenna. C (s, demantur) + O₂ (g) ⟶ CO₂ (g)

Fyrir umbreytingu grafíts í demant: C (s, grafít) ⟶ C (s, demantur) ΔH° = 1,90 kJ

Hvort gefur frá sér meiri varma, bruni grafíts eða bruni demants?

Út frá myndunarvermum í viðauka G, ákvarðaðu hversu mikinn varma þarf til að láta eitt mól af vatni gufa upp: H₂O (l) ⟶ H₂O (g)

Hvort gefur frá sér meiri varma? Os (s) + 2 O₂ (g) ⟶ OsO₄ (s) eða Os (s) + 2 O₂ (g) ⟶ OsO₄ (g)

fyrir fasabreytinguna OsO₄ (s) ⟶ OsO₄ (g) ΔH = 56,4 kJ

Reiknaðu ΔH° fyrir ferlið Sb (s) + 5/2 Cl₂ (g) ⟶ SbCl₅ (s)

út frá eftirfarandi upplýsingum: Sb (s) + 3/2 Cl₂ (g) ⟶ SbCl₃ (s) ΔH° = −314 kJ SbCl₃ (s) + Cl₂ (g) ⟶ SbCl₅ (s) ΔH° = −80 kJ

Reiknaðu ΔH° fyrir ferlið Zn (s) + S (s) + 2 O₂ (g) ⟶ ZnSO₄ (s)

út frá eftirfarandi upplýsingum: Zn (s) + S (s) ⟶ ZnS (s) ΔH° = −206,0 kJ ZnS (s) + 2O₂ (g) ⟶ ZnSO₄ (s) ΔH° = −776,8 kJ

Reiknaðu ΔH fyrir ferlið Hg₂Cl₂ (s) ⟶ 2 Hg (l) + Cl₂ (g)

út frá eftirfarandi upplýsingum: Hg (l) + Cl₂ (g) ⟶ HgCl₂ (s) ΔH = −224 kJ Hg (l) + HgCl₂ (s) ⟶ Hg₂Cl₂ (s) ΔH = −41,2 kJ

Reiknaðu ΔH° fyrir ferlið Co₃O₄ (s) ⟶ 3 Co (s) + 2 O₂ (g)

út frá eftirfarandi upplýsingum: Co (s) + 1/2 O₂ (g) ⟶ CoO (s) ΔH° = −237,9 kJ 3CoO (s) + 1/2 O₂ (g) ⟶ Co₃O₄ (s) ΔH° = −177,5 kJ

Reiknaðu staðalmyndunarvermi NO(g) út frá eftirfarandi gögnum: N₂ (g) + 2 O₂ (g) ⟶ 2 NO₂ (g) ΔH° = 66,4 kJ 2NO (g) + O₂ (g) ⟶ 2 NO₂ (g) ΔH° = −114,1 kJ

Notaðu gögnin í viðauka G til að reikna staðalvermibreytingu fyrir hvert af eftirfarandi efnahvörfum:

(a) N₂ (g) + O₂ (g) ⟶ 2 NO (g)

(b) Si (s) + 2 Cl₂ (g) ⟶ SiCl₄ (g)

(c) Fe₂O₃ (s) + 3 H₂ (g) ⟶ 2 Fe (s) + 3 H₂O (l)

(d) 2 LiOH (s) + CO₂ (g) ⟶ Li₂CO₃ (s) + H₂O (g)

Notaðu gögnin í viðauka G til að reikna staðalvermibreytingu fyrir hvert af eftirfarandi efnahvörfum:

(a) Si (s) + 2 F₂ (g) ⟶ SiF₄ (g)

(b) 2 C (s) + 2 H₂ (g) + O₂ (g) ⟶ CH₃CO₂H (l)

(c) CH₄ (g) + N₂ (g) ⟶ HCN (g) + NH₃ (g); CH₄ (g) + N₂ (g) ⟶ HCN (g) + NH₃ (g);

(d) CS₂ (g) + 3 Cl₂ (g) ⟶ CCl₄ (g) + S₂Cl₂ (g)

Eftirfarandi efnahvörf er hægt að nota til að framleiða sýni af málmum. Ákvarðaðu vermisbreytinguna við staðalaðstæður fyrir hvert þeirra.

(a) 2 Ag₂O (s) ⟶ 4 Ag (s) + O₂ (g)

(b) SnO (s) + CO (g) ⟶ Sn (s) + CO₂ (g) SnO (s) + CO (g) ⟶ Sn (s) + CO₂ (g)

(c) Cr₂O₃ (s) + 3 H₂ (g) ⟶ 2 Cr (s) + 3 H₂O (l)

(d) 2 Al (s) + Fe₂O₃ (s) ⟶ Al₂O₃ (s) + 2 Fe (s)

Sundrun vetnisperoxíðs, H₂O₂, hefur verið notuð til að knýja stýriflaugar ýmissa geimfara. Notaðu gögnin í viðauka G til að ákvarða hversu mikill varmi myndast við sundrun á nákvæmlega 1 móli af H₂O₂ við staðalaðstæður. 2 H₂O₂ (l) ⟶ 2 H₂O (g) + O₂ (g)

Reiknaðu brunavermi própans, C₃H₈ (g), við myndun H₂O(g) og CO₂ (g). Myndunarvermi própans er −104 kJ/mol.

Reiknaðu brunavermi bútans, C₄H₁₀ (g), við myndun H₂O(g) og CO₂ (g). Myndunarvermi bútans er −126 kJ/mol.

Bæði própan og bútan eru notuð sem eldsneyti á gasformi. Hvort efnasambandið gefur frá sér meiri varma á hvert gramm við bruna?

Hvíta litarefnið TiO₂ er framleitt með efnahvarfi títanfjórklóríðs, TiCl₄, við vatnsgufu í gasfasa: TiCl₄ (g) + 2 H₂O (g) ⟶ TiO₂ (s) + 4 HCl (g).

Hversu mikill varmi losnar við framleiðslu á nákvæmlega 1 móli af TiO₂ (s) við staðalaðstæður?

Vatnsgas, sem er blanda af H₂ og CO, er mikilvægt iðnaðareldsneyti sem framleitt er með efnahvarfi gufu við glóandi kók, sem er að mestu leyti hreint kolefni: C (s) + H₂O (g) ⟶ CO (g) + H₂ (g).

(a) Gerðu ráð fyrir að kók hafi sama myndunarvermi og grafít og reiknaðu ΔH° fyrir þetta efnahvarf.

(b) Metanól, fljótandi eldsneyti sem gæti hugsanlega komið í stað bensíns, er hægt að framleiða úr vatnsgasi og viðbótarvetni við háan hita og þrýsting í viðurvist hentugs hvata: 2 H₂ (g) + CO (g) ⟶ CH₃OH (g).

Við aðstæður efnahvarfsins myndast metanól sem gas. Reiknaðu ΔH° fyrir þetta efnahvarf og fyrir þéttingu metanólgass í fljótandi metanól.

(c) Reiknaðu brunavermi fyrir 1 mól af fljótandi metanóli í H₂O(g) og CO₂ (g).

Í árdaga bifreiða var lýsing að næturlagi tryggð með því að brenna asetýleni, C₂H₂. Þótt asetýlen sé ekki lengur notað í framljós bifreiða er það enn notað sem ljósgjafi af sumum hellafræðingum. Asetýlen er (var) framleitt í lampanum með hvarfi vatns við kalsíumkarbíð, CaC₂: CaC₂ (s) + 2 H₂O (l) ⟶ Ca(OH)₂ (s) + C₂H₂ (g). Reiknaðu staðalvermi hvarfsins. ΔH°f fyrir CaC₂ er −15,14 kcal/mol.

Út frá gögnunum í töflu 5.2 skaltu ákvarða hvaða af eftirfarandi eldsneytum framleiðir mestan varma á gramm þegar það er brennt við staðalaðstæður: CO(g), CH₄ (g) eða C₂H₂ (g).

Brunavermi steinkola er að meðaltali −35 kJ/g, en bensíns 1,28 × 10⁵ kJ/gal. Hversu mörg kíló af steinkolum gefa sömu varmaorku og fæst úr 1,0 galloni af bensíni? Gerðu ráð fyrir að eðlismassi bensíns sé 0,692 g/mL (sá sami og eðlismassi ísóoktans).

Etanól, C₂H₅OH, er notað sem eldsneyti fyrir vélknúin ökutæki, sérstaklega í Brasilíu.

(a) Skrifaðu stillta jöfnu fyrir bruna etanóls í CO₂ (g) og H₂O(g) og reiknaðu brunavermi fyrir 1 mól af etanóli með því að nota gögnin í viðauka G.

(b) Eðlismassi etanóls er 0,7893 g/mL. Reiknaðu brunavermi fyrir nákvæmlega 1 L af etanóli.

(c) Að því gefnu að drægni bifreiðar sé í beinu hlutfalli við brunavermi eldsneytisins skaltu reikna hversu miklu lengra mætti búast við að bifreið kæmist á 1 L af bensíni en á 1 L af etanóli. Gerðu ráð fyrir að bensín hafi sama brunavermi og eðlismassa og n-oktans, C₈H₁₈ (ΔH°f = −208,4 kJ/mol; eðlismassi = 0,7025 g/mL).

Meðal þeirra efna sem hvarfast við súrefni og hafa verið til skoðunar sem hugsanlegt eldflaugaeldsneyti eru díbóran [B₂H₆, myndar B₂O₃ (s) og H₂O(g)], metan [CH₄, myndar CO₂ (g) og H₂O(g)] og hýdrasín [N₂H₄, myndar N₂ (g) og H₂O(g)]. Miðað við þann varma sem losnar við hvarf 1,00 g af hverju efni við súrefni, hvaða efnasamband býður upp á bestu möguleikana sem eldflaugaeldsneyti? ΔH°f fyrir B₂H₆ (g), CH₄ (g) og N₂H₄ (l) má finna í viðauka G.

Hversu mikill varmi myndast þegar 1,25 g af krómi hvarfast við súrefnisgas við staðalaðstæður?

Etýlen, C₂H₄, sem er aukaafurð við brotseimingu jarðolíu, er í fjórða sæti yfir þau 50 efnasambönd sem framleidd eru í mestu magni í atvinnuskyni. Um það bil 80% af tilbúnu etanóli er framleitt úr etýleni með hvarfi þess við vatn að viðstöddum hentugum hvata. C₂H₄ (g) + H₂O (g) ⟶ C₂H₅OH (l)

Reiknaðu ΔH° fyrir hvarfið með því að nota gögnin í töflunni í viðauka G.

Oxun sykursins glúkósa, C₆H₁₂O₆, er lýst með eftirfarandi jöfnu: C₆H₁₂O₆ (s) + 6 O₂ (g) ⟶ 6 CO₂ (g) + 6 H₂O (l) ΔH = −2816 kJ

Efnaskipti glúkósa gefa sömu myndefni, þótt glúkósinn hvarfist við súrefni í mörgum skrefum í líkamanum.

(a) Hversu mikill varmi í kílójólum getur myndast við efnaskipti 1,0 g af glúkósa?

(b) Hversu margar hitaeiningar geta myndast við efnaskipti 1,0 g af glúkósa?

Própan, C₃H₈, er kolvetni sem er almennt notað sem eldsneyti.

(a) Skrifaðu stillta efnajöfnu fyrir fullkominn bruna própangass.

(b) Reiknaðu rúmmál lofts við 25 °C og 1,00 atm þrýsting sem þarf til að brenna 25,0 grömmum af própani fullkomlega. Gerðu ráð fyrir að loft sé 21,0 prósent O₂ miðað við rúmmál. (Vísbending: Við munum sjá hvernig þessi útreikningur er gerður í síðari kafla um gastegundir — notaðu í bili þær upplýsingar að 1,00 L af lofti við 25 °C og 1,00 atm innihalda 0,275 g af O₂.)

(c) Brunavermi própans er −2219,2 kJ/mol. Reiknaðu myndunarvermi, ΔH°f fyrir própan, að gefnu að ΔH°f fyrir H₂O(l) = −285,8 kJ/mol og ΔH°f fyrir CO₂ (g) = −393,5 kJ/mol.

(d) Gerðu ráð fyrir að allur varmi sem losnar við bruna á 25,0 grömmum af própani færist yfir í 4,00 kílógrömm af vatni og reiknaðu hitastigshækkun vatnsins.

Í nýlegum vetrarmánuði í Sheboygan í Wisconsin þurfti að fá 3500 kWh af varma frá jarðgasofni með 89% nýtni til að halda litlu húsi heitu (nýtni gasofns er það hlutfall varma frá brunanum sem skilar sér inn í húsið).

(a) Gerðu ráð fyrir að jarðgasið sé hreint metan og ákvarðaðu rúmmál þess jarðgass í rúmfetum sem þurfti til að kynda húsið. Meðalhitastig jarðgassins var 56 °F; við það hitastig og 1 atm þrýsting hefur jarðgas eðlismassann 0,681 g/L.

(b) Hversu margar gallonur af fljótandi jarðolíugasi (LPG) þyrfti til að koma í stað jarðgassins sem var notað? Gerðu ráð fyrir að LPG sé fljótandi própan [C₃H₈: eðlismassi, 0,5318 g/mL; brunavermi, 2219 kJ/mol fyrir myndun CO₂ (g) og H₂O(l)] og að ofninn sem notaður er til að brenna LPG hafi sömu nýtni og gasofninn.

(c) Hvaða massi af koldíoxíði myndast við bruna metansins sem notað er til að kynda húsið?

(d) Hversu mikill massi vatns myndast við bruna metansins sem notað er til að hita húsið?

(e) Hversu mikið rúmmál lofts þarf til að sjá fyrir því súrefni sem þarf til bruna metansins sem notað er til að hita húsið? Loft inniheldur 23% súrefni miðað við massa. Meðaleðlismassi lofts yfir mánuðinn var 1,22 g/L.

(f) Hversu margar kílóvattstundir (1 kWh = 3,6 × 10⁶ J) af raforku þyrfti til að framleiða þann varma sem þarf til að hita húsið? Athugaðu að raforka nýtist 100% við varmaframleiðslu inni í húsi.

(g) Þótt raforka nýtist 100% við varmaframleiðslu inni í húsi, er framleiðsla og dreifing raforku ekki 100% skilvirk. Nýtni við framleiðslu og dreifingu raforku frá kolakyntu orkuveri er um það bil 40%. Ákveðin tegund kola gefur af sér 2,26 kWh á hvert pund við bruna. Hversu mikinn massa af þessum kolum, í kílógrömmum, þarf til að framleiða þá raforku sem nauðsynleg er til að hita húsið ef nýtni við framleiðslu og dreifingu er 40%?