Kafli 5 - Æfingar í lok kafla

Æfingar í lok kafla

5.1 Grunnatriði orku

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

Búðu til töflu sem sýnir nokkrar orkubreytingar sem eiga sér stað við venjulega notkun bifreiðar.

Útskýrðu muninn á varmarýmd og eðlisvarma efnis.

Reiknaðu varmarýmdina, í júlum og í kaloríum á gráðu, fyrir eftirfarandi:

(a) 28,4 g af vatni

(b) 1,00 oz af blýi

Reiknaðu varmarýmdina, í júlum og í kaloríum á gráðu, fyrir eftirfarandi:

(a) 45,8 g af köfnunarefnisgasi

(b) 1,00 pund af áli

Hversu miklum varma, í júlum og í kaloríum, þarf að bæta við 75,0 g járnkubbi með eðlisvarma 0,449 J/g °C til að hækka hitastig hans úr 25 °C í bræðslumark sitt, 1535 °C?

Hversu mikinn varma, í joulum og kaloríum, þarf til að hita 28,4 g (1 únsa) 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?

Hlutur úr 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 sem finnast í Tafla 5.1, hvert er það líklega?

Hlutur úr 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 sem finnast í Tafla 5.1, hvert er það líklega?

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 (eðlismassi 0,997 g/ml og eðlisvarmi 4,184 J/g °C)?

Flestum finnst vatnsrúm óþægileg nema hitastig vatnsins sé haldið við um 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 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 ${\times}$ 10⁶ J, og gerðu ráð fyrir að eðlismassi vatns sé 1,0 g/ml (óháð hitastigi). Hvaða aðrar forsendur gerðir þú? Hvernig höfðu þær áhrif á útreiknaða niðurstöðu þína (þ.e. voru þær líklegar til að gefa „jákvæðar“ eða „neikvæðar“ skekkjur)?

5.2 Varmamælingar

500 ml vatnsflaska við stofuhita og 2 l vatnsflaska við sama hitastig voru settar í ísskáp. Eftir 30 mínútur hafði 500 ml flaskan kólnað niður í hitastig ísskápsins. Klukkutíma síðar hafði 2 l vatnsflaskan kólnað niður í sama hitastig. Þegar spurt var hvaða vatnssýni hefði tapað mestum varma svaraði einn nemandi að báðar flöskurnar hefðu tapað sama magni af varma vegna þess að þær byrjuðu við sama hitastig og enduðu við sama hitastig. Annar nemandi taldi að 2 l vatnsflaskan hefði tapað meiri varma vegna þess að þar væri meira vatn. Þriðji nemandinn taldi að 500 ml vatnsflaskan hefði tapað meiri varma vegna þess að hún kólnaði hraðar. Fjórði nemandinn taldi að ekki væri hægt að segja til um það vegna þess að við vissum ekki upphafs- og lokahitastig vatnsins. Tilgreindu hvert þessara svara er rétt og lýstu villunni í hverju hinna svaranna.

Væri varmamagnið sem mælt er fyrir efnahvarfið í Dæmi 5.5 meira, minna eða óbreytt ef við notuðum varmamæli sem væri lélegri einangrari en kaffibollavarmamælir? Útskýrðu svarið þitt.

Myndi varmamagnið sem frásogast við upplausnina í Dæmi 5.6 virðast meira, minna eða haldast óbreytt ef tilraunamaðurinn notaði varmamæli sem var lélegri einangrari en kaffibollavarmamælir? Útskýrðu svarið.

Myndi varmamagnið sem frásogast við upplausnina í Dæmi 5.6 virðast meira, minna eða haldast óbreytt ef tekið væri tillit til varmarýmdar varmamælisins? Útskýrðu svarið.

Hve mörgum millilítrum af vatni við 23 °C með eðlismassa 1,00 g/ml þarf að blanda saman við 180 ml (um 6 oz) af kaffi við 95 °C þannig að blandan sem myndast hafi hitastigið 60 °C? Gerðu ráð fyrir að kaffi og vatn hafi sama eðlismassa og sama eðlisvarma.

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

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

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

(b) Í fyrsta skipti 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 hitastigið 175 °F. Reiknaðu varmamagnið sem flyst frá vélinni til umhverfisins með einu galloni af vatni með 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 sýndur er í Mynd 5.12. Málmurinn og vatnið ná sama hitastigi við 24,6 °C. Hve mikinn varma gaf málmurinn frá sér til vatnsins? Hver er eðlisvarmi málmsins?

Ef efnahvarf framleiðir 1,506 kJ af varma, sem er fangaður í 30,0 g af vatni sem er upphaflega við 26,5 °C í varmamæli eins og þeim í Mynd 5.12, hvert er þá lokahitastig vatnsins?

0,500 g sýni af KCl er bætt við 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?

Að leysa upp 3,0 g af CaCl₂(s) í 150,0 g af vatni í varmamæli (Mynd 5.12) við 22,4 °C veldur því að hitastigið hækkar 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 við 100,0 g af 0,100 M AgNO₃(aq) við 24,1 °C í varmamæli, hækkar hitastigið í 25,2 °C þegar AgCl(s) myndast. Að því gefnu að eðlisvarmi lausnarinnar og myndefnanna sé 4,20 J/g °C, reiknaðu áætlað varmamagn í júlum sem myndast.

Þegar 3,15 g af Ba(OH)₂·8H₂O er bætt út í lausn með 1,52 g af NH₄SCN í 100 g af vatni í varmaorkumæli lækkar hitastigið um 3,1 °C. Gerðu ráð fyrir að eðlisvarmi lausnarinnar og myndefnanna sé 4,20 J/g °C og reiknaðu áætlað magn varma sem efnahvarfið gleypir, 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 varmaorkumæli með sama upphafshitastigi, 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 er algengur í ávöxtum, er brennt í súrefni í sprengjuvarmaorkumæli hækkar hitastig varmaorkumælisins um 1,58 °C. Ef varmarýmd varmaorkumælisins og innihalds hans er 9,90 kJ/°C, hvað er q fyrir þennan bruna?

Þegar 0,740 g sýni af trínítrótólúeni (TNT), C₇H₅N₂O₆, er brennt í sprengjuvarmaorkumæli hækkar hitastigið úr 23,4 °C í 26,9 °C. Varmarýmd varmaorkumælisins 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 rafala. Til að ákvarða hversu hratt þarf að mata kolum inn í brennarann í slíku mannvirki þarf að ákvarða brunavarma á hvert tonn af kolum með sprengjuvarmaorkumæli. Þegar 1,00 g af kolum er brennt í sprengjuvarmaorkumæli (Mynd 5.17) hækkar hitastigið um 1,48 °C. Ef varmarýmd varmaorkumælisins er 21,6 kJ/°C, ákvarðaðu þann varma sem myndast við bruna á einu tonni af kolum (2,000 ${\times}$ 10³ pund).

Ráðlagt magn fitu fyrir einstakling á 2000 kaloríu daglegu mataræði er 65 g. Hvaða hlutfall kaloría í þessu mataræði kæmi frá þessu magni af fitu ef meðalfjöldi kaloría fyrir fitu er
9,1 kaloría/g?

Teskeið af kolvetninu súkrósa (matarsykur) inniheldur 16 kaloríur (16 kkal). Hver er massi einnar teskeiðar af súkrósa ef meðalfjöldi kaloría fyrir kolvetni er 4,1 kaloría/g?

Hver er hámarksmassi kolvetna í 6 únsu skammti af léttgosdrykk sem inniheldur minna en 1 kaloríu á dós ef meðalfjöldi kaloría fyrir kolvetni er 4,1 kaloría/g?

Hálfur lítri af gæðaís getur innihaldið 1100 kaloríur. Hvaða massa af fitu, í grömmum og pundum, þarf að framleiða í líkamanum til að geyma auka 1,1 ${\times}$ 10³ kaloríur ef meðalfjöldi kaloría fyrir fitu er
9,1 kaloría/g?

Skammtur af morgunkorni inniheldur 3 g af próteini, 18 g af kolvetnum og 6 g af fitu. Hvert er kaloríuinnihald skammts af þessu morgunkorni ef meðalfjöldi kaloría fyrir fitu er 9,1 kaloría/g, fyrir kolvetni 4,1 kaloría/g og fyrir prótein 4,1 kaloría/g?

Hver er ódýrasti orkugjafinn í kílójúlum á dollar: morgunkornspakki sem vegur 32 únsur og kostar 4,23 dollara, eða lítri af ísóoktani (eðlismassi, 0,6919 g/ml) sem kostar 0,45 dollara? Berðu saman næringargildi morgunkornsins við þann varma sem myndast við bruna ísóoktans við staðlaðar aðstæður. 1,0 únsu skammtur af morgunkorninu gefur 130 kaloríur.

5.3 Vermi

Útskýrðu hvernig varminn sem mældur er í Dæmi 5.5 er frábrugðinn vermibreytingunni fyrir útvermið efnahvarf sem lýst er með eftirfarandi jöfnu:
${\text{HCl}(aq)+\text{NaOH}(aq)\, \longrightarrow \, \text{NaCl}(aq)+{\text{H}}_{2}\text{O}(l)}$

Notaðu gögnin í hlutanum „Kannaðu þekkingu þína“ í Dæmi 5.5 til að reikna út ΔH í kJ/mól af AgNO₃(aq) fyrir efnahvarfið: $\text{NaCl}(aq)+{\text{AgNO}}_{3}(aq)\, \longrightarrow \, \text{AgCl}(s)+{\text{NaNO}}_{3}(aq)$

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

Reiknaðu ΔH fyrir efnahvarfið sem lýst er með jöfnunni. (Vísbending: Notaðu gildið fyrir áætlað magn varma sem efnahvarfið gleypir sem þú reiknaðir út í fyrri æfingu.)
${\text{Ba}{{{({\text{OH}})}}}_{2}\text{·}8{\text{H}}_{2}\text{O}(s)+2{{\text{NH}}}_{4}\text{SCN}(aq)\, \longrightarrow \, \text{Ba}{{(\text{SCN})}}_{2}(aq)+2{{\text{NH}}}_{3}(aq)+10{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}}$

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

Þrátt fyrir að gasið sem notað er í oxýasetýlen-suðuloga (Mynd 5.7) sé í raun hreint asetýlen, er varminn sem myndast við bruna eins móls af asetýleni í slíkum loga líklega ekki jafn brunavermi asetýlens sem skráð er í Tafla 5.3. Í ljósi þeirra aðstæðna sem töflugögnin eru gefin fyrir, stingdu upp á útskýringu.

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

Hversu mikill varmi myndast við bruna 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. Hver er brunavermi á 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?
${\text{HCl}{({aq})}+\text{NaOH}{({aq})}\, \longrightarrow \, \text{NaCl}{({aq})}+{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}\, \text{Δ}H\text{°}=−58\, \text{kJ}}$

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

Áður en klórflúorkolefni voru tekin í notkun var brennisteinsdíoxíð (gufunarvermi, 6,00 kkal/mól) notað í ísskápa á heimilum. Hve mikinn massa af SO₂ þarf að gufa upp til að fjarlægja jafn mikinn varma og gufun 1,00 kg af CCl₂F₂ (gufunarvermi er 17,4 kJ/mól)?

Gufunarefnahvörfin fyrir SO₂ og CCl₂F₂ eru ${{{\text{SO}}}_{2}(l)\, \longrightarrow \, {{\text{SO}}}_{2}(g)}$ og ${{{\text{CCl}}}_{2}{{\text{F}}}_{2}{(l)}\, \longrightarrow \, {{\text{CCl}}}_{2}{\text{F}}_{2}(g),}$ .

Heimili má hita með því að dæla heitu vatni í gegnum ofna. Hve mikill massi af vatni gefur frá sér sama magn af varma þegar það er kælt úr 95,0 í 35,0 °C og varmann sem fæst þegar 100 g af gufu er kælt úr 110 °C í 100 °C?

Hver af brunavermunum í töflunni Tafla 5.3 eru einnig staðalmyndunarvermi?

Er staðalmyndunarvermi H₂O(g) frábrugðið ΔH° fyrir efnahvarfið ${{{\text{2H}}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2{\text{H}}_{2}\text{O}{(g)}?}$

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

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

Hve mörg kílójúl 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 framleiðslu á saltpéturssýru í vatnslausn:
${4{{\text{NH}}}_{3}(g)+5{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 4\text{NO}{(g)}+6{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}\, \text{Δ}\text{H}=−907\, \text{kJ}}$
${2\text{NO}{(g)}+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2{{\text{NO}}}_{2}(g)\, \text{Δ}\text{H}=−113\, \text{kJ}}$
${3{{\text{NO}}}_{2}+{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}\, \longrightarrow \, 2{{\text{HNO}}}_{3}(aq)+\text{NO}(g)\, \text{Δ}\text{H}=−139\, \text{kJ}}$

Ákvarðaðu heildarvermibreytinguna fyrir framleiðslu á einu móli af saltpéturssýru í vatnslausn með þessu ferli. Aukaafurðir nettóefnahvarfsins eru vatn og niturmónoxíð.

Bæði grafít og demantur brenna.
${\text{C}{({s,\, \text{demantur}})}+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CO}}}_{2}(g)}$

Fyrir umbreytingu grafíts í demant:
${\text{C}{({s,\, \text{grafít}})}\, \longrightarrow \, \text{C}{({s,\, \text{demantur}})}\, \text{Δ}H\text{°}=1,90\, \text{kJ}}$

Hvort myndar meiri varma, bruni grafíts eða bruni demants?

Ákvarðaðu út frá mólmyndunarvörmum í Appendix G hve mikinn varma þarf til að gufa upp eitt mól af vatni: ${{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}\, \longrightarrow \, {\text{H}}_{2}\text{O}{(g)}}$

Hvort myndar meiri varma?
${\text{Os}{(s)}\, +\, 2{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{OsO}}}_{4}(s)}$
eða
${\text{Os}{(s)}\, +\, 2{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{OsO}}}_{4}(g)}$

fyrir fasabreytinguna ${{{\text{OsO}}}_{4}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{OsO}}}_{4}(g)\, \text{Δ}\text{H}=56,4\, \text{kJ}}$

Reiknaðu $\text{Δ}H\text{°}$ fyrir ferlið
${\text{Sb}{(s)}+\, \frac{5}{2}{{\text{Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{SbCl}}}_{5}(s)}$

út frá eftirfarandi upplýsingum:
$\begin{aligned} \\ \text{Sb}{(s)}+\, \frac{3}{2}{\text{Cl}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {\text{SbCl}}_{3}(s)\, \text{Δ}H\text{°}=−314\, \text{kJ} \\ {\text{SbCl}}_{3}(s)+{\text{Cl}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {\text{SbCl}}_{5}(s)\, \text{Δ}H\text{°}=−80\, \text{kJ} \end{aligned}$

Reiknaðu $\text{Δ}H\text{°}$ fyrir ferlið ${\text{Zn}{(s)}+\text{S}{(s)}+2{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{ZnSO}}}_{4}(s)}$

út frá eftirfarandi upplýsingum:
$\begin{aligned} \text{Zn}(s)+\text{S}(s)\, \longrightarrow \, \text{ZnS}(s)\, \text{Δ}H\text{°}=−206,0\, \text{kJ} \\ \text{ZnS}(s)+{\text{2O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {\text{ZnSO}}_{4}(s)\, \text{Δ}H\text{°}=−776,8\, \text{kJ} \end{aligned}$

Reiknaðu ΔH fyrir ferlið ${{{\text{Hg}}}_{2}{{\text{Cl}}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, 2\text{Hg}{(l)}+{{\text{Cl}}}_{2}(g)}$

út frá eftirfarandi upplýsingum:
$\begin{aligned} \text{Hg}(l)+{\text{Cl}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {\text{HgCl}}_{2}(s)\, \text{Δ}H=−224\, \text{kJ} \\ \text{Hg}(l)+{\text{HgCl}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, {\text{Hg}}_{2}{\text{Cl}}_{2}(s)\, \text{Δ}H=−41,2\, \text{kJ} \end{aligned}$

Reiknaðu $\text{Δ}H\text{°}$ fyrir ferlið ${{{\text{Co}}}_{3}{\text{O}}_{4}(s)\, \longrightarrow \, 3\text{Co}{(s)}+2{\text{O}}_{2}(g)}$

út frá eftirfarandi upplýsingum:
$\begin{aligned} \text{Co}(s)+\, \frac{1}{2}{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{CoO}(s)\, \text{Δ}H\text{°} =−237,9\text{kJ} \\ \text{3CoO}(s)+\frac{1}{2}{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {\text{Co}}_{3}{\text{O}}_{4}(s)\, \text{Δ}H\text{°} =−177,5\text{kJ} \end{aligned}$

Reiknaðu staðalmólmyndunarvermi NO(g) út frá eftirfarandi gögnum:
$\begin{aligned} {\text{N}}_{2}(g)+2{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2{\text{NO}}_{2}(g)\, \text{Δ}H\text{°}=66,4\, \text{kJ} \\ \text{2NO}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2{\text{NO}}_{2}(g)\, \text{Δ}H\text{°}=−114,1\, \text{kJ} \end{aligned}$

Notaðu gögnin í Appendix G til að reikna út staðalvermibreytinguna fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa:

(a) ${{\text{N}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2\text{NO}{(g)}}$

(b) ${\text{Si}{(s)}+2{{\text{Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{SiCl}}}_{4}(g)}$

(c) ${{{\text{Fe}}}_{2}{\text{O}}_{3}{(s)}+3{\text{H}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2\text{Fe}{(s)}+3{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}}$

(d) ${2\text{LiOH}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{Li}}}_{2}{{\text{CO}}}_{3}(s)+{\text{H}}_{2}\text{O}(g)}$

Notið gögnin í Appendix G til að reikna út staðalvermibreytingu fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa:

(a) ${\text{Si}{(s)}+2{\text{F}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{SiF}}}_{4}(g)}$

(b) ${2\text{C}{(s)}+2{\text{H}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CH}}}_{3}{{\text{CO}}}_{2}\text{H}{(l)}}$

(c) ${{{\text{CH}}}_{4}(g)+{\text{N}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{HCN}{(g)}+{{\text{NH}}}_{3}(g)}\text{;}$

(d) ${{{\text{CS}}}_{2}(g)+3{{\text{Cl}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CCl}}}_{4}(g)+{{\text{S}}}_{2}{{\text{Cl}}}_{2}(g)}$

Eftirfarandi efnahvörf má nota til að útbúa sýni af málmum. Ákvarðið vermibreytinguna við staðalaðstæður fyrir hvert þeirra.

(a) ${2{{\text{Ag}}}_{2}\text{O}{(s)}\, \longrightarrow \, 4\text{Ag}{(s)}+{\text{O}}_{2}(g)}$

(b) ${\text{SnO}{(s)}+\text{CO}{(g)}\, \longrightarrow \, \text{Sn}{(s)}+{{\text{CO}}}_{2}(g)}$

(c) ${{{\text{Cr}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+3{\text{H}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 2\text{Cr}{(s)}+3{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}}$

(d) ${2\text{Al}{(s)}+{{\text{Fe}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{Al}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+2\text{Fe}{(s)}}$

Niðurbrot vetnisperoxíðs, H₂O₂, hefur verið notað til að knýja stýrisþrýstivélar ýmissa geimfara. Notið gögnin í Appendix G til að ákvarða hversu mikill varmi myndast við niðurbrot á nákvæmlega 1 móli af H₂O₂ við staðalaðstæður.
${2{\text{H}}_{2}{\text{O}}_{2}(l)\, \longrightarrow \, 2{\text{H}}_{2}\text{O}{(g)}+{\text{O}}_{2}(g)}$

Reiknið brunavermi própans, C₃H₈(g), fyrir myndun H₂O(g) og CO₂(g). Myndunarvermi própans er −104 kJ/mól.

Reiknið brunavermi bútans, C₄H₁₀(g), fyrir myndun H₂O(g) og CO₂(g). Myndunarvermi bútans er −126 kJ/mól.

Bæði própan og bútan eru notuð sem loftkennt eldsneyti. Hvaða efnasamband framleiðir meiri varma á hvert gramm þegar það er brennt?

Hvíta litarefnið TiO₂ er útbúið með efnahvarfi títantetraklóríðs, TiCl₄, við vatnsgufu í gasfasa: ${{{\text{TiCl}}}_{4}(g)+2{\text{H}}_{2}\text{O}{(g)}\, \longrightarrow \, {{\text{TiO}}}_{2}(s)+4\text{HCl}{(g)}.}$

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

Vatnsgas, efnablanda af H₂ og CO, er mikilvægt iðnaðareldsneyti sem er framleitt með efnahvarfi gufu við glóandi koks, sem er nánast hreint kolefni: ${\text{C}{(s)}+{\text{H}}_{2}\text{O}{(g)}\, \longrightarrow \, \text{CO}{(g)}+{\text{H}}_{2}(g).}$

(a) Að því gefnu að koks hafi sama myndunarvermi og grafít, reiknið ${\text{Δ}H\text{°}}$ fyrir þetta efnahvarf.

(b) Metanól, fljótandi eldsneyti sem gæti komið í stað bensíns, er hægt að útbúa úr vatnsgasi og viðbótarvetni við hátt hitastig og háan þrýsting í viðurvist viðeigandi hvata: ${2{\text{H}}_{2}(g)+\text{CO}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CH}}}_{3}\text{OH}(g).}$

Við aðstæður efnahvarfsins myndast metanól sem gas. Reiknið ${\text{Δ}H\text{°}}$ fyrir þetta efnahvarf og fyrir þéttingu metanóls úr gasi yfir í vökva.

(c) Reiknið brunaverma 1 móls af fljótandi metanóli yfir í H₂O(g) og CO₂(g).

Í árdaga bifreiða var næturlýsing fengin með því að brenna asetýleni, C₂H₂. Þótt það sé ekki lengur notað sem aðalljós bifreiða er asetýlen enn notað sem ljósgjafi af sumum hellaferðamönnum. Asetýlenið er (var) útbúið í lampanum með efnahvarfi vatns við kalsíumkarbíð, CaC₂:
${{{\text{CaC}}}_{2}(s)+2{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}\, \longrightarrow \, \text{Ca}{{{({\text{OH}})}}}_{2}(s)+{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{2}(g).}$
Reiknið staðalvermi efnahvarfsins. ${\text{Δ}{H}_{\text{f}}^{^{\circ}}}$ CaC₂ er −15,14 kkal/mól.

Ákvarðið út frá gögnunum í Tafla 5.3 hvaða af eftirfarandi eldsneytum framleiðir mesta magn af varma á hvert 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 ${\times}$ 10⁵ kJ/gal. Hversu mörg kílógrömm af steinkolum gefa sama magn af varma og fæst úr 1,0 galloni af bensíni? Gerðu ráð fyrir að eðlismassi bensíns sé 0,692 g/ml (sami eðlismassi og 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 1 móls af etanóli með því að nota gögnin í Appendix G.

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

(c) Gerðu ráð fyrir að akstursdrægni bifreiðar sé í beinu hlutfalli við brunaverma eldsneytisins og reiknaðu hversu miklu lengra mætti búast við að bifreið komist á 1 L af bensíni en á 1 L af etanóli. Gerðu ráð fyrir að bensín hafi brunaverma og eðlismassa n-oktans, C₈H₁₈ ( ${(\text{Δ}{H}_{\text{f}}^{^{\circ}}=−208,4\, \text{kJ/mol;}}$ eðlismassi = 0,7025 g/ml).

Meðal þeirra efna sem hvarfast við súrefni og hafa verið talin mögulegt 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)]. Á grundvelli varmans sem losnar úr 1,00 g af hverju efni í efnahvarfi þess við súrefni, hvert þessara efnasambanda býður upp á besta möguleikann sem eldflaugaeldsneyti? ${\text{Δ}{H}_{\text{f}}^{^{\circ}}}$ fyrir B₂H₆(g), CH₄(g) og N₂H₄(l) má finna í Appendix G.

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

Eten, C₂H₄, aukaafurð úr hluteimingu jarðolíu, er í fjórða sæti af 50 efnasamböndum sem framleidd eru í stærstum mæli í viðskiptalegum tilgangi. Um 80% af tilbúnu etanóli er framleitt úr eteni með efnahvarfi þess við vatn í viðurvist viðeigandi hvata. ${{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{4}(g)+{\text{H}}_{2}\text{O}{(g)}\, \longrightarrow \, {\text{C}}_{2}{\text{H}}_{5}\text{OH}{(l)}}$

Notaðu gögnin í töflunni í Appendix G til að reikna út ΔH° fyrir efnahvarfið.

Oxun sykursins glúkósa, C₆H₁₂O₆, er lýst með eftirfarandi jöfnu:
${{\text{C}}_{6}{\text{H}}_{{12}}{\text{O}}_{6}(s)+6{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, 6{{\text{CO}}}_{2}(g)+6{\text{H}}_{2}\text{O}{(l)}\, \text{Δ}\text{H}=−2816\, \text{kJ}}$

Efnaskipti glúkósa gefa sömu myndefni, þótt glúkósinn hvarfist við súrefni í röð skrefa í líkamanum.

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

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

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

(a) Skrifaðu stillta jöfnu fyrir fullkominn bruna própangass.

(b) Reiknaðu rúmmál lofts við 25 °C og 1,00 loftþrýsting sem þarf til að brenna 25,0 grömmum af própani að fullu. Gerðu ráð fyrir að loft sé 21,0 prósent O₂ miðað við rúmmál. (Vísbending: Við munum sjá hvernig á að gera þennan útreikning í síðari kafla um gös – notaðu í bili upplýsingarnar um að 1,00 L af lofti við 25 °C og 1,00 atm inniheldur 0,275 g af O₂.)

(c) Brunavermi própans er −2.219,2 kJ/mól. Reiknaðu myndunarvarma, ${\text{Δ}{H}_{\text{f}}^{^{\circ}}}$ própans, að því gefnu að ${\text{Δ}{H}_{\text{f}}^{^{\circ}}}$ H₂O(l) = −285,8 kJ/mól og ${\text{Δ}{H}_{\text{f}}^{^{\circ}}}$ CO₂(g) = −393,5 kJ/mól.

(d) Að því gefnu að allur varminn sem losnar við bruna 25,0 gramma af própani flytjist yfir í 4,00 kílógrömm af vatni, reiknaðu hitastigsaukningu vatnsins.

Í nýlegum vetrarmánuði í Sheboygan í Wisconsin þurfti að fá 3500 kWst af varma frá jarðgasofni með 89% nýtni til að halda hita á litlu húsi (nýtni gasofns er hlutfall þess varma sem myndast við bruna og flyst inn í húsið).

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

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

(c) Hver er massi koldíoxíðs sem myndast við bruna metansins sem notað er til að hita húsið?

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

(e) Hvert er rúmmál lofts sem þarf til að sjá fyrir súrefni fyrir 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 kWst = 3,6 ${\times}$ 10⁶ J) af rafmagni þyrfti til að veita þann varma sem nauðsynlegur er til að hita húsið? Athugaðu að rafmagn er 100% skilvirkt við að framleiða varma inni í húsi.

(g) Þrátt fyrir að rafmagn sé 100% skilvirkt við að framleiða varma inni í húsi er framleiðsla og dreifing rafmagns ekki 100% skilvirk. Nýtni framleiðslu og dreifingar rafmagns sem framleitt er í kolaorkuveri er um 40%. Ákveðin tegund kola gefur 2,26 kWst á hvert pund við bruna. Hver er massi þessara kola í kílógrömmum sem þarf til að framleiða þá raforku sem nauðsynleg er til að hita húsið ef nýtni framleiðslu og dreifingar er 40%?