Calculer l'énergie requise pour transformer la glace en vapeur

Cet exemple de problème a montré comment calculer l'énergie nécessaire pour élever la température d'un échantillon qui inclut des changements de phase. Ce problème trouve l'énergie nécessaire pour transformer la glace froide en vapeur chaude.

Problème d'énergie de glace à vapeur

Quelle est la chaleur en Joules nécessaire pour convertir 25 grammes de glace -10 ° C en vapeur à 150 ° C?
Informations utiles:
chaleur de fusion de l'eau = 334 J / g
chaleur de vaporisation de l'eau = 2257 J / g
chaleur spécifique de glace = 2,09 J / g · ° C
chaleur spécifique de l'eau = 4,18 J / g · ° C
chaleur spécifique de la vapeur = 2,09 J / g · ° C
Solution:
L'énergie totale requise est la somme de l'énergie pour chauffer la glace de -10 ° C à 0 ° C, faire fondre la glace de 0 ° C dans de l'eau à 0 ° C, chauffer l'eau à 100 ° C, convertir 100 ° C d'eau en 100 ° C vapeur et chauffage de la vapeur à 150 ° C. Pour obtenir la valeur finale, calculez d'abord les valeurs énergétiques individuelles puis additionnez-les.
Étape 1: Chaleur nécessaire pour augmenter la température de la glace de -10 ° C à 0 ° C Utiliser la formule
q = mcΔT
où
q = énergie thermique
m = masse
c = chaleur spécifique
ΔT = changement de température
q = (25 g) x (2,09 J / g · ° C) [(0 ° C - -10 ° C)]
q = (25 g) x (2,09 J / g · ° C) x (10 ° C)
q = 522,5 J
Chaleur nécessaire pour augmenter la température de la glace de -10 ° C à 0 ° C = 522,5 J
Étape 2: Chaleur requise pour convertir la glace de 0 ° C en eau de 0 ° C
Utilisez la formule pour la chaleur:
q = m · ΔH_F
où
q = énergie thermique
m = masse
ΔH_F = chaleur de fusion
q = (25 g) x (334 J / g)
q = 8350 J
Chaleur requise pour convertir la glace de 0 ° C en eau de 0 ° C = 8350 J
Étape 3: Chaleur requise pour élever la température de l'eau de 0 ° C à 100 ° C
q = mcΔT
q = (25 g) x (4,18 J / g · ° C) [(100 ° C - 0 ° C)]
q = (25 g) x (4,18 J / g · ° C) x (100 ° C)
q = 10450 J
Chaleur requise pour élever la température de l'eau de 0 ° C à 100 ° C d'eau = 10450 J
Étape 4: Chaleur nécessaire pour convertir 100 ° C d'eau en 100 ° C de vapeur
q = m · ΔH_v
où
q = énergie thermique
m = masse
ΔH_v = chaleur de vaporisation
q = (25 g) x (2257 J / g)
q = 56425 J
Chaleur requise pour convertir 100 ° C d'eau en 100 ° C de vapeur = 56425
Étape 5: Chaleur requise pour convertir de la vapeur de 100 ° C en vapeur de 150 ° C
q = mcΔT
q = (25 g) x (2,09 J / g · ° C) [(150 ° C - 100 ° C)]
q = (25 g) x (2,09 J / g · ° C) x (50 ° C)
q = 2612,5 J
Chaleur nécessaire pour convertir 100 ° C de vapeur en 150 ° C de vapeur = 2612,5
Étape 6: Trouver l'énergie thermique totale
Chaleur_Total = Chaleur_{Étape 1} + Chaleur_{Étape 2} + Chaleur_{Étape 3} + Chaleur_{Étape 4} + Chaleur_{Étape 5}
Chaleur_Total = 522,5 J + 8350 J + 10450 J + 56425 J + 2612,5 J
Chaleur_Total = 78360 J
Répondre:
La chaleur requise pour convertir 25 grammes de glace à -10 ° C en vapeur à 150 ° C est de 78360 J ou 78,36 kJ.