Сколько граммов угля (C) необходимо сжечь, чтобы получить достаточно энергии для нагрева 720 мл воды до кипения

Суть вопроса: Расчет количества угля для нагрева и испарения воды

Описание: Для решения данной задачи необходимо учесть, что нагревание и испарение воды требуют определенного количества энергии. Сначала найдем количество энергии, необходимое для нагрева воды:

Шаг 1: Вычисляем изменение теплоты (Q) воды с использованием формулы:

Q = масса воды (m) * теплоемкость воды (c) * изменение температуры (ΔT)

Здесь масса воды равна 720 г (так как плотность воды приближенно равна 1 г/мл), а изменение температуры равно разности между конечной (100 ∘C) и начальной (20 ∘C) температурами:

Q = 720 г * 4.2 Дж/(г⋅К) * (100 - 20) ∘C

Шаг 2: Вычисляем количество энергии, необходимое для полного испарения воды:

По условию задачи, при испарении 1 моля воды поглощается 44 кДж теплоты. Количество молей воды можно найти, используя молярную массу воды, которая составляет примерно 18 г/моль. Масса воды, которую необходимо испарить, равна массе воды, содержащейся в 720 мл (или г) воды:

Масса воды для испарения = масса воды (m) = 720 г

Количество молей воды для испарения:

количество молей = масса воды (m) / молярная масса воды

Количество энергии для испарения вычисляем, используя количество молей воды и выделение теплоты при испарении:

Q_испарения = (количество молей воды) * (44 кДж/моль)

Шаг 3: Вычисляем общее количество энергии, необходимое для нагревания и испарения воды:

Q_общее = Q_нагрева + Q_испарения

Например:
В задаче не указано значение изменения температуры, поэтому возьмем ΔT = 80 ∘C.
Какое количество угля необходимо сжечь для получения достаточно энергии для нагрева и испарения 720 мл воды при ΔT = 80 ∘C?

Совет:
При решении задач, связанных с тепловыми процессами, важно уметь правильно использовать формулы, учитывать единицы измерения и конвертировать их, если это необходимо.

Дополнительное задание:
Для разогрева 500 мл (г) воды с начальной температурой 10 ∘C до кипения и полного испарения необходимо 16.8 кДж энергии. Определите массу угля (C), которая была сожжена для получения такого количества энергии. Ответ округлите до двух десятичных знаков.

Тема занятия: Тепловые расчеты

Описание: Для решения данной задачи нам необходимо учесть несколько факторов. Во-первых, мы должны найти количество теплоты, необходимое для нагревания воды до кипения и полного испарения. Во-вторых, нам нужно учесть количество теплоты, которое выделяется при образовании CO2 из углерода (C).

1) Найдем количество теплоты, необходимое для нагревания воды:
Q1 = масса воды * теплоемкость воды * изменение температуры
Q1 = 720 г * 4.2 Дж/(г⋅К) * (100-20)∘C
Q1 = 201,600 Дж

2) Теперь найдем количество теплоты, которое необходимо для испарения этой воды:
Q2 = количество молей воды * теплота испарения 1 моля воды
Молярная масса воды (H2O) = 2 г/моль + 16 г/моль = 18 г/моль
количество молей воды = масса воды / молярная масса воды
количество молей воды = 720 г / 18 г/моль = 40 моль
Q2 = 40 моль * 44 кДж/моль
Q2 = 1,760 кДж = 1,760,000 Дж

3) Наконец, найдем количество теплоты, которое выделяется при образовании CO2:
количество молей угля (C) = количество молей CO2
Q3 = количество молей угля * теплота образования 1 моля CO2 из углерода
Q3 = количество молей угля * 393.5 кДж/моль

Для того чтобы определить количество граммов угля, необходимых для получения достаточной энергии, мы должны просуммировать все полученные значения и поделить полученную сумму на теплоту, выделяющуюся при сгорании 1 грамма угля:
количество граммов угля = (Q1 + Q2 + Q3) / 393.5 кДж/г

Демонстрация:
Задача: Сколько граммов угля (C) необходимо сжечь, чтобы получить достаточно энергии для нагрева 720 мл воды до кипения и полного испарения?
Дано: Начальная температура воды = 20∘C, теплоемкость воды = 4.2 Дж/(г⋅К), теплота испарения 1 моля воды = 44 кДж, теплота образования 1 моля CO2 из углерода = 393.5 кДж/моль.
Решение:
1) Найдем количество теплоты для нагревания воды:
Q1 = 720 г * 4.2 Дж/(г⋅К) * (100-20)∘C = 201,600 Дж

2) Найдем количество теплоты, необходимое для испарения воды:
количество молей воды = 720 г / 18 г/моль = 40 моль
Q2 = 40 моль * 44 кДж/моль = 1,760 кДж = 1,760,000 Дж

3) Найдем количество теплоты, выделяющееся при образовании CO2:
Q3 = количество молей угля * 393.5 кДж/моль

4) Найдем количество граммов угля:
количество граммов угля = (Q1 + Q2 + Q3) / 393.5 кДж/г

Совет: Для лучшего понимания и решения подобных задач, полезно знать основные понятия тепловых расчетов, такие как теплоемкость вещества, теплота испарения и теплота образования. Также стоит обращать внимание на правильные единицы измерения и внимательно следить за округлением и переводом значений в нужные единицы.

Дополнительное задание: Сколько граммов угля (C) необходимо сжечь, чтобы нагреть 500 мл воды с начальной температурой 10∘C до 90∘C? Теплоемкость воды равна 4.18 Дж/(г⋅К), а теплота образования 1 моля CO2 из углерода составляет 393.5 кДж/моль. Ответ округлите до целого числа.