Question

Рассчитайте изменение внутренней энергии, энтальпии и энтро- пии при нагревании 200 г бензола от 25 °С до нормальной температуры

кипения (80.1 °С) и полном испарении жидкости (давление нормаль-

ное). Примите, что мольная теплоемкость бензола не зависит от темпе-

ратуры и равна: Cp = 136.1 Дж⋅К–1⋅моль

–1. Удельная теплота испарения

бензола при постоянном давлении равна 395 Дж⋅г

–1.

Answer 1

Для решения данной задачи, нам необходимо использовать формулы и законы, связанные с изменением внутренней энергии (ΔU), энтальпии (ΔH) и энтропии (ΔS) в процессах нагревания и испарения вещества. 1. Начнем с расчета изменения внутренней энергии: ΔU = m * Cp * ΔT, где ΔT - изменение температуры, m - масса вещества, Cp - мольная теплоемкость. У нас дано, что масса бензола равна 200 г, ΔT = 80.1 °C - 25 °C = 55.1 °C, и мольная теплоемкость Cp = 136.1 Дж⋅К–1⋅моль–1. Переведем массу бензола в моль, используя его молярную массу. Молярная масса бензола (C6H6) = 12 * 6 + 1 * 6 = 78 г/моль. Количество молей бензола: n = масса / молярная масса = 200 г / 78 г/моль = 2.56 моль. Теперь можем рассчитать изменение внутренней энергии: ΔU = 2.56 моль * 136.1 Дж⋅К–1⋅моль–1 * 55.1 °C = 20395 Дж. 2. Затем рассчитаем изменение энтальпии: ΔH = ΔU + ΔPV, где ΔPV - работа, совершенная на границе системы, P - давление, V - объем. Нам дано, что происходит нагревание при постоянном давлении (P = нормальное давление), поэтому работа ΔPV будет равна нулю. Тогда изменение энтальпии будет равно изменению внутренней энергии: ΔH = 20395 Дж. 3. Наконец, рассчитаем изменение энтропии: ΔS = ΔH / T, где T - температура в Кельвинах. Мы имеем два процесса: нагревание и полное испарение. В процессе нагревания, ΔT = 55.1 °C, поэтому температура будет равна 25 °C + 55.1 °C = 80.1 °C. В процессе полного испарения, температура остается постоянной и равной температуре кипения, т.е. 80.1 °C. Рассчитаем изменение энтропии для каждого процесса: ΔS1 = ΔH1 / T1 = 20395 Дж / (80.1 °C + 273.15) K, ΔS2 = ΔH2 / T2 = 20395 Дж / (80.1 °C + 273.15) K. Таким образом, необходимо провести дополнительные расчеты, используя данную информацию и значения температур в Кельвинах, чтобы получить конечные численные значения изменения энтропии при нагревании и полном испарении бензола. Мы получаем ответы для каждого процесса, а именно: ΔS1 = 61 Дж/K, ΔS2 = 61 Дж/K. В итоге, изменение внутренней энергии при нагревании 200 г бензола от 25 °C до нормальной температуры кипения равно 20395 Дж, изменение энтальпии также равно 20395 Дж, и изменение энтропии равно 61 Дж/K для обоих процессов.