При нагревании от 0 до
298 К при постоянном атмосферном давлении сначала нагревается твердый лед – от 0
до 273 К (от -273 до 0 градусов Цельсия)
, затем лед плавится при 273 К (0 градусов Цельсия), затем жидкая вода нагревается от 273 до 298 К (от
0 до 25 градусов Цельсия).
Количество теплоты (тепловой эффект) нагревания (охлаждения) Q = удельная теплоемкость с * масса m * изменение температуры Т.
Теплота кристаллизации (плавления)
Qк = удельная теплота кристаллизации (плавления) ск * масса m.
Сначала проведем расчет
для одного килограмма (m=1 кг).
Удельная теплоемкость
льда с= 2,06 кДж / (кг*К).
Q1 (нагрев льда от 0 до 273 К) = 2,06 кДж/(кг*К) * 1 кг * (273 – 0) К = 562,38 кДж (килограммы
и кельвины сократились).
Удельная теплота плавления
льда сk = 335 кДж / кг.
Q2 (плавление льда) = 335 кДж / кг * 1 кг = 335
кДж.
Удельная теплоемкость воды c = 4,187 кДж / (кг*К).
Q3 (нагрев воды от 273 до 298 К) = 4,187 кДж / (кг*К)
* 1 кг * (298-273) К = 104,675 кДж.
Общий тепловой эффект Q
= Q1 + Q2 + Q3 = 562,38 + 335 + 104,675 = 1002,055 кДж.
Теперь найдем тепловой
эффект для 1 моль льда (воды).
Молярная масса воды M(H₂O) = 2*A(H) + A(O) = 2*1 + 16 = 18 г/моль.
То есть масса 1 моль льда (воды)
– 18 г.
Составляем пропорцию:
1 кг (1000 г) – 1002,055
кДж
18 г - х
кДж
х = 1002,055 кДж * 18 г
/ 1000 г = 18,037 кДж.
Поскольку
теплоемкость зависит от температуры, то это приближенный ответ. Поэтому
округляем его. Поскольку при нагревании и плавлении теплота подводится к
системе (ко льду и воде), то есть расходуется, то ответ берем со знаком минус
Ответ: -18 кДж