Ejercicios de química resueltos. Termoquímica. Capacidad calorífica y calor específico. Brown 15ed. 5.22

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(a) Deduce una ecuación para convertir el calor específico de una sustancia pura en su capacidad calorífica molar. (b) El calor específico del aluminio es 0,90 J/g·K. Calcula su capacidad calorífica molar. (c) Si conoces el calor específico del aluminio, ¿qué información adicional necesitas para calcular la capacidad calorífica de una pieza concreta de un componente de aluminio?

Etapa analítica

(a) Deduce una ecuación para convertir el calor específico de una sustancia pura en su capacidad calorífica molar. → asumiremos que se refiere a calor específico molar “dado que la nomenclatura de esto a veces es confusa”, dicha demostración ya fue hecha en este enlace.

(c) Si conoces el calor específico del aluminio, ¿qué información adicional necesitas para calcular la capacidad calorífica de una pieza concreta de un componente de aluminio? Su masa o cantidad de sustancia.

Etapa numérica por teoremas.

(b) El calor específico del aluminio es 0,90 J/g·K. Calcula su capacidad calorífica molar. Asumiremos que la masa molar del aluminio es 26.98 g/mol

Etapa numérica por factor de conversión.

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry: The central science (15th ed.). Pearson

Ejercicios de química resueltos. Termoquímica. Capacidad calorífica y calor específico. Brown 15ed. 5.21

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¿Cuánta energía (calor) se necesita para calentar una cacerola de aluminio (0.20 kg) que contiene 1.0 L de agua desde la temperatura ambiente (20 °C) hasta la ebullición? Supón equilibrio térmico entre el recipiente y el agua en todo momento (el calor específico del Al es 0.90 J/g·K y el del H₂O es 4.18 J/g·K. Supón que la densidad del agua es 1 g/mL)

Etapa analítica

Usaremos el teorema de Calor en función del calor específico. Considerando un material compuesto, en lugar de la forma base del teorema, aplicaremos la ley de conservación de la energía. Esto implica que el calor total es la suma de los calores parciales. Por lo tanto, podemos expresar el teorema modificado como la suma de sus componentes elementales. No obstante, es posible generalizar esta expresión extrayendo la diferencia de temperatura como factor común, de la siguiente manera:

Etapa numérica por teoremas.

Nota de análisis dimensional, recordemos que el agua puede convertirse de plumazo L = kg debido a su densidad normal de 1 kg/L bajo la mayoría de las temperaturas del líquido de referencia.

Etapa numérica por factor de conversión.

Paso 1. Calor absorbido por el aluminio

Paso 2. Calor absorbido por el agua

Paso 3. El calor del sistema es igual a la suma de los calores de los componentes despojados de sus identidades individuales, esta es una interpretación de la ley de la conservación de la masa.

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry: The central science (15th ed.). Pearson.

Ejercicios de química resueltos. Termoquímica. Capacidad calorífica y calor específico. Brown 15ed. práctica 5.5

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(a) Se utilizan grandes lechos de rocas en algunos hogares con calefacción solar para almacenar calor. Supón que el calor específico de las rocas es 0.82 J/g·K. Calcula la cantidad de calor absorbida por 50.0 kg de rocas si su temperatura aumenta en 12.0 °C. (b) ¿Qué cambio de temperatura experimentarían estas rocas si emitieran 450 kJ de calor?

Etapa analítica

Para el literal (a) usaremos el teorema de Calor en función del calor específico, en su forma base, pero para el literal (b) despejaremos el cambio de temperatura.

Eso significa que su factor de conversión iniciará con el ratio de calor sobre masa.

Etapa numérica por teoremas.

(a) Se utilizan grandes lechos de rocas en algunos hogares con calefacción solar para almacenar calor. Supón que el calor específico de las rocas es 0.82 J/g·K. Calcula la cantidad de calor absorbida por 50.0 kg de rocas si su temperatura aumenta en 12.0 °C.

Nota de análisis dimensional, por teoremas (kilo) es un valor que puede multiplicarse a cualquier unidad usando la ley conmutativa del producto, por lo que podemos transferirlo del gramo al julio sim problemas.

(b) ¿Qué cambio de temperatura experimentarían estas rocas si emitieran 450 kJ de calor?

Nota de análisis dimensional: igualmente, por análisis algebraico, kilo puede cancelarse independientemente de que afecte a una unidad distinta.

Etapa numérica por factor de conversión.

(a) Se utilizan grandes lechos de rocas en algunos hogares con calefacción solar para almacenar calor. Supón que el calor específico de las rocas es 0.82 J/g·K. Calcula la cantidad de calor absorbida por 50.0 kg de rocas si su temperatura aumenta en 12.0 °C

(b) ¿Qué cambio de temperatura experimentarían estas rocas si emitieran 450 kJ de calor?

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry: The central science (15th ed.). Pearson.