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Esercizi sulla termochimica

Termodinamica chimica

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In questo articolo sono proposti 27 esercizi sulla termochimica, progettati per il corso di chimica inorganica e generale e rivolti agli studenti di ingegneria, fisica, matematica e biologia. Ogni esercizio è risolto nel dettaglio, con spiegazioni chiare e senza passaggi omessi, rendendo il materiale adatto sia a chi si avvicina per la prima volta all’argomento sia a chi desidera consolidare le proprie competenze.

Questi esercizi di termodinamica chimica permettono di applicare i principi fondamentali della disciplina. Per una risoluzione fluida ed efficace, è essenziale avere una solida comprensione di concetti chiave come l’energia cinetica delle molecole, il Primo Principio della Termodinamica, l’entalpia, la Legge di Hess, il Secondo Principio della Termodinamica, l’entropia, l’energia libera di Gibbs e l’equazione di Gibbs-Helmholtz. Una padronanza di questi principi è fondamentale per comprendere le trasformazioni energetiche che avvengono nelle reazioni chimiche.

La termochimica studia il calore scambiato nei processi chimici e nei cambiamenti di stato, analizzando come l’energia contenuta nei legami molecolari si converta in energia termica. Attraverso questi esercizi sulla termochimica, gli studenti potranno affinare le proprie abilità nel bilanciamento energetico e nell’interpretazione dei fenomeni termodinamici, sviluppando un approccio strutturato e consapevole alla risoluzione dei problemi.

Esercizi sulla termochimica: autori e revisori

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Autore: Fulvio Benintende .  

Revisori: Joan Pasqual Guilabert.  

 

Testi degli esercizi

 

Esercizio 1 (\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Calcolare la quantità di calore necessaria per riscaldare 100\;\text{g} di alluminio da 25\;\text{°C} a 100\;\text{°C}.

Svolgimento.

Dalla definizione di capacità termica C è possibile ricavare la quantità di calore scambiata:

\[ C=\frac{Q}{\Delta T} \quad \Longrightarrow \quad Q=C\cdot \Delta T. \]

Poiché la capacità termica di un corpo è legata alla massa m e al calore specifico c dalla relazione C=m\cdot c, si ottiene:

\[ Q=C\cdot \Delta T=m\cdot c_{\text{Al}}\cdot \Delta T. \]

Inserendo i dati del problema (m=100\,\text{g}=0{,}1\,\text{kg} e \Delta T=100-25=75\,^\circ\text{C}):

\[ \begin{aligned} Q &= 0{,}1\,\text{kg}\cdot 0{,}908\,\frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot{}^\circ\text{C}} \cdot (100-25)\,^\circ\text{C} \\[4pt] &= 6{,}81\,\text{kJ}. \end{aligned} \]

Nota: per il calore specifico dell’alluminio si è usato il valore c_{\text{Al}}=0{,}908\,\text{kJ}/(\text{kg}\cdot{}^\circ\text{C}), ricavabile da tabelle sperimentali.

Quindi

\[\boxcolorato{chimica}{Q=6{,}81\,\text{kJ}.}\]

 

Esercizio 2 (\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Calcolare la capacità termica dell’acqua di una piscina avente le seguenti dimensioni di riempimento:

\[ 30\,\text{m}\times 15\,\text{m}\times 3\,\text{m} \]

\[ \left( d = 1\,\frac{\text{kg}}{\text{dm}^3} \right) \]

Esprimi il risultato in \frac{\text{kcal}}{^\circ\text{C}}.

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