Задачи › Количество теплоты, уравнение теплового баланса

Растворение вещества в воде

  1. Растворение вещества в воде

    ВсОШ 1999/00, 10 кл.
    6/10

    В воду массой \(m\) бросают вещество такой же массы, обладающее следующими свойствами:

    1. При растворении в воде вещество поглощает энергию \(\lambda\) на каждый килограмм, причём \(\dfrac{\lambda}{c} = 200\) К, где \(c\) — удельная теплоёмкость вещества, которая равна теплоёмкости воды и не меняется при растворении.

    2. Концентрация \(\alpha\) вещества в воде, определяемая как отношение масс растворённого вещества к массе растворителя \(\alpha = \dfrac{m_{\text{вещ}}}{m_{\text{раств}}}\), в насыщенном растворе зависит от температуры (см. график \(\alpha(t\,{}^\circ\text{C})\) на рисунке).

    Рисунок

    Начальная температура вещества равна \(+200\ {}^\circ\)C, воды — \(0\ {}^\circ\)C. Определите установившуюся температуру раствора \(t_{\text{уст}}\) и конечную концентрацию \(\alpha_{\text{уст}}\). Тепловыми потерями и испарением пренебречь.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(t_{\text{уст}} \approx 65\ {}^\circ\)C, \(\alpha_{\text{уст}} \approx 0{,}35\).

    Решение

    Из закона сохранения энергии следует \[Q_{\text{раст}} = Q_1 + Q_2.\] \(Q_{\text{раст}}\) — теплота, ушедшая на растворение вещества, \(Q_1\) — выделившаяся теплота при остывании воды (возм., \(Q_1 < 0\)), \(Q_2\) — выделившаяся теплота при остывании вещества. \[Q_{\text{раст}} = \lambda m_{\text{раств. в-ва}} = \lambda m_{\text{растворителя}}\alpha = \lambda m\alpha\] \[Q_1 = cm_{\text{воды}}(t_1 - \theta) = cm(t_1 - \theta)\] \[Q_2 = cm_{\text{в-ва}}(t_2 - \theta) = cm(t_2 - \theta)\] \[\lambda\alpha m = cm(t_1 - \theta) + cm(t_2 - \theta)\] \[\alpha = \dfrac{c}{\lambda}(t_1 + t_2 - 2\theta).\tag{1}\] Зависимость \(\alpha(\theta)\) — это уравнение прямой: \(\alpha(0\,{}^\circ\text{C}) = 1\), \(\alpha(100\,{}^\circ\text{C}) = 0\).

    Рисунок

    Уравнение (1) решается графически (см. рисунок): \(t_A \approx 65\ {}^\circ\)C, \(\alpha_A \approx 0{,}35\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи