ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ
Толуол C7H8 в количестве 2,5 моль конденсируется при 111 °C. Удельная теплота испарения толуола равна 364 Дж/г. Вычислите теплоту, работу, изменение внутренней энергии и изменение энтальпии при конденсации данного количества толуола, считая, что пар подчиняется закону идеального газообразного состояния.
Ответы
Ответ:
Для решения этой задачи мы можем использовать уравнение Клапейрона:
PV = nRT,
где P - давление пара, V - объем пара, n - количество вещества (в молях), R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)), T - температура в Кельвинах.
Удельная теплота испарения может быть выражена следующим образом:
q = ΔH = n * ΔH_v,
где q - теплота, ΔH - изменение энтальпии, ΔH_v - удельная теплота испарения (364 Дж/г), n - количество вещества (в молях).
Первым шагом необходимо найти количество вещества толуола в граммах:
m = n * M,
где m - масса (в граммах), M - молярная масса толуола (92,14 г/моль).
m = 2,5 моль * 92,14 г/моль = 230,35 г.
Теперь мы можем вычислить теплоту, работу, изменение внутренней энергии и изменение энтальпии.
Теплота (q): q = ΔH = n * ΔH_v, q = 2,5 моль * 364 Дж/г = 910 Дж.
Теплота конденсации толуола составляет 910 Дж.
Работа (W): W = -PΔV,
где ΔV - изменение объема.
Объем можно выразить через идеальный газовый закон:
PV = nRT, V = (nRT)/P.
Изменение объема при конденсации равно объему пара при начальной температуре минус объем жидкости при конечной температуре.
V_начальный = (2,5 моль * 8,314 Дж/(моль·К) * (111 + 273,15) К) / P, V_конечный = m/M, ΔV = V_конечный - V_начальный.
W = -P * (V_конечный - V_начальный).
Изменение внутренней энергии (ΔU): ΔU = q - W.
Изменение энтальпии (ΔH): ΔH = ΔU + PΔV.
После вычисления этих значений мы получим искомые результаты.