Тепло спалювання їжі (Ентальпія згоряння їжі) Підручник з хімії

Ключові поняття

Окислення їжі в організмі виділяє енергію.

Окислення - це екзотермічна реакція.

Кількість енергії, що виділяється відомою масою їжі під час горіння (реакція окислення), можна виміряти в лабораторії.

mfood = маса їжі в грамах

qреліз = теплова енергія, що виділяється в джоулях при згорянні цієї маси їжі

Тепло, що виділяється при згорянні їжі, використовується для нагрівання відомої маси води.

mwater = маса води в грамах

qabsorbed = теплова енергія, поглинута в джоулях цією масою води

Коли вода поглинає енергію, температура води зростає.

ΔT = кінцева температура води - початкова температура води (° C)

Тепло, що поглинається водою, яка всмоктується, можна розрахувати, використовуючи питому теплоємність води (Кг):

Cg = питома теплоємність води = 4,184 Дж ° C -1 г -1 (при 25 ° C)

Потім можна розрахувати тепло, що виділяється на грам спаленої їжі, припускаючи, що все тепло, що виділяється при згорянні їжі, використовується для нагрівання води:

qпоглинається водою = qвивільняється при спалюванні їжі

тепло, що виділяється їжею = qвиділяється при спалюванні їжі ÷ m їжі

Теплота згоряння їжі (ентальпія згоряння їжі) дається в одиницях джоулів на грам їжі (Дж г -1) або кілоджоулях на грам їжі (кДж г -1) 1

Теплота згоряння їжі (ентальпія згоряння їжі) позначається як енергетичний вміст їжі і надається на етикетці упакованої їжі.

Не блокуйте рекламу на цьому веб-сайті.
Немає реклами = для нас немає грошей = для вас немає безкоштовних речей!

Енергетичний вміст їжі 2

Людському тілу потрібна енергія для здійснення таких процесів, як травлення, дихання та рух.
Цю енергію забезпечує їжа, яку ми їмо.
Основними групами продуктів харчування, що забезпечують енергію, є вуглеводи, білки та ліпіди (жири та олії).
Вуглеводи, білки та ліпіди (жири та олії) в їжі окислюються в нашому тілі, виділяючи енергію.
Окислення ліпідів (жирів і олій) забезпечує більше енергії на грам, ніж білки або вуглеводи, як показано в таблиці нижче:

Енергетичний вміст основних харчових груп Поживна енергія
(кДж g -1) 3

вуглеводи	17
білка	17
ліпіди (жири та олії)	37

Чим більша частка жиру (або олії) в їжі, тим більшим буде її енергетичний вміст.

Етикетки на упакованих продуктах харчування містять розділ про енергетичний вміст їжі.
Енергетичний вміст їжі часто дається "на порцію їжі" та/або "на 100 грамів їжі".
Вміст енергії на етикетці деяких прикладів продуктів харчування, які ви можете знайти на своїй кухні, наведено в таблиці нижче:

Вміст харчової енергії
(кДж/100 г)

сухі сніданки	1630 рік
султани	1380
сир	1250
хліб	1040
печені боби	383

Ви можете додати до цієї таблиці самостійно. Просто прочитайте етикетки на ваших улюблених продуктах і знайдіть значення енергетичного вмісту.

Ця таблиця говорить нам, що вміст енергії в 100 г цієї пластівці для сніданку становить 1630 кДж (або 1630 кДж/100 г).
Енергетичний вміст 1 г цієї каші для сніданку становить 1630 кДж ÷ 100 г = 16,30 кДж (або 16,30 кДж г -1 або 16,30 кДж/г)
Якщо я з'їм 150 г цієї крупи на сніданок, це забезпечить мені 150 г × 16,30 кДж г -1 = 2445 кДж енергії.

У моїй невеликій упаковці султанів також вказано вміст енергії на порцію 552 кДж, а порція - 40 г.
Це означає, що якщо я з’їм 40 г султанів, вони забезпечать мене 552 кДж енергії.
Якщо я з'їм 1 г султанів, вони забезпечать 552 кДж ÷ 40 г = 13,8 кДж (13,8 кДж г -1) енергії.
Якщо я з'їм 100 г султанів, вони забезпечать мене 100 × 13,8 = 1380 кДж (13,8 кДж/100 г) енергії.

Оскільки їжа - це суміш різних речовин, її енергетичний вміст вимірюється в одиницях кілоджоулів на грам їжі (кДж г -1).
Не можна використовувати одиниці кілоджоулей на моль їжі (кДж моль -1), оскільки їжа, яку ми їмо, є майже виключно сумішшю різних речовин.

Ми можемо виміряти кількість теплової енергії, що виділяється при окисненні продуктів під час реакції горіння в шкільній лабораторії.

Ви знаєте це?

Пограйте у гру зараз!

Експеримент: Вимірювання теплоти згоряння їжі

Цей експеримент можна використовувати для вимірювання вмісту енергії у твердих продуктах харчування, які можна легко нарізати на невеликі шматочки приблизно від 0,5 до 1 см 3 .
Їжу потрібно буде висушити перед використанням, наприклад, помістити в герметичний ексикатор із відповідним десикантом на кілька днів.
Видалення вологи з їжі полегшить спалювання.
Пропозиції щодо використання продуктів харчування є

закуска (чіпси/чіпси, зефір, попкорн тощо)

Процедура: 4
Крок 1: За допомогою піпетки перенесіть 20,0 мл води в пробірку. 5 Притисніть пробірку до стенду для реторти.

Крок 2: Використовуйте термометр для вимірювання температури води та записуйте це як початкову температуру (Ti).

Крок 3: Використовуйте електронну вагу для вимірювання маси невеликої проби їжі та запису цієї маси (м).

Крок 4: Накладіть шматок їжі на змонтовану голку з ізольованою ручкою.

Крок 5: Запаліть пальник Бунзена на достатній відстані від стенду для реторти, щоб запобігти нагріванню води в пробірці та утримуйте їжу в полум’ї, поки вона не запалить світло.

Крок 6: Як тільки їжа згорить, швидко поставте її під пробірку з водою, як показано на схемі праворуч.

Крок 7: Коли їжа повністю згоріла, а її полум'я згасло, швидко перемішайте воду, щоб забезпечити стабільну температуру у всій воді, потім виміряйте температуру води в пробірці та записати найвищу досягнуту температуру як кінцеву температуру (Tf).

Вищеописана процедура була використана для визначення енергетичного вмісту висушеного бісквіта.
Результати цього експерименту наведені в таблиці нижче:

маса бісквіта	2,21 г.
об’єм води	20,00 мл
початкова температура води	19,76 ° C
кінцева температура води	23,39 ° С

Розрахунок енергетичного вмісту їжі за результатами експерименту - це триетапний процес:

Обчисліть кількість теплової енергії, що поглинається водою.

Обчисліть кількість теплової енергії, що виділяється при згорянні їжі.

Обчисліть кількість теплової енергії, що виділяється на грам спаленої їжі.

Ці розрахунки показані нижче, використовуючи результати нашого експерименту, наведені вище.

Визначте кількість теплової енергії, поглинутої водою, яка абсорбується:

м води = 20,00 г (припустимо, щільність води 1,00 г мл -1, тоді 20,00 мл = 20,00 г)
Cg = питома теплоємність води = 4,184 Дж ° C -1 г -1 (з технічного паспорта)
ΔT = кінцева температура - початкова температура = 23,39 - 19,76 = 3,63 ° C

qabsorbed = 20,00 × 4,184 × 3,63 = 303,8 Дж

Визначте кількість теплової енергії, що виділяється при згорянні зразка бісквіта, що випущено:

Припустимо, що тепло не втрачається, тобто енергія, що виділяється при згорянні печива, спрямовується на нагрівання води, тоді:

qвипущений = qabsorbed = 303,8 Дж

Обчисліть теплоту згоряння бісквіта (ентальпія згоряння бісквіту або енергетичний вміст бісквіта):

теплота згоряння = qвиділений (Дж) ÷ маса бісквіта (г)

теплота згоряння = 303,8 Дж ÷ 2,21 г = 137,5 Дж г -1

Результати цього експерименту завжди будуть меншими, ніж очікувалось, оскільки частина тепла буде втрачатися в оточенні.
Зверніть увагу, що ви можете вдосконалити цю експериментальну конструкцію, спробувавши ізолювати експеримент, щоб запобігти втратам тепла в оточенні.
Крім того, ви можете використовувати калориметр-бомбу, пристрій, призначений для мінімізації помилок через втрати тепла.

Ти це розумієш?

Пройдіть тест зараз!

Вирішення проблем: Опрацьований приклад ентальпії спалювання їжі

Питання:
Етикетка на пачці хліба містить енергетичний вміст хліба 1040 кДж на 100 г.
Крісу Хіміку було запропоновано провести експеримент, щоб перевірити це значення для енергетичного вмісту хліба.
25,00 г води поміщають у пробірку і затискають на ретортовій підставці.
Кріс обережно зважує 0,50 г зразка висушеного хліба.
Кріс запалює зразок хліба і кладе його під воду.
Обчисліть очікуване підвищення температури води в ° C, якщо значення енергетичного вмісту цього хліба є точним, і під час експерименту немає втрат тепла.
Припустимо, що питома теплоємність води становить 4,184 Дж ° C -1 г -1

(На основі підходу StoPGoPS до вирішення проблем.)

Яке питання просить вас зробити?

Обчисліть підвищення температури води в ° С
ΔT =? ° С

Які дані (інформацію) ви надали у питанні?

Витягніть дані із запитання:

qвипущений = енергоємність хліба = 1040 кДж/100 г.

mbread = маса хліба = 0,50 г.

Cg = питома теплоємність води = 4,184 Дж ° C -1 г -1

Який взаємозв’язок між тим, що ви знаєте, і тим, що вам потрібно з’ясувати?

(i) Зверніть увагу на невідповідність одиниць. Теплоємність води вказана в J ° C -1 г -1, а енергетична частка хліба - в кДж/100 г.

Перетворити вміст енергії з кДж/100 г на J г -1

(ii) Використовуйте енергетичний вміст хліба в J г -1, щоб підрахувати, скільки енергії в джоулях (J) буде виділено при спалюванні 0,50 г хліба.

qreleased = mbread (g) × енергетичний вміст (J g -1)

(iii) Припустимо, що вся теплова енергія, що виділяється при згорянні хліба, йде на нагрівання води в пробірці (тобто тепло не втрачається в оточенні).

Обчисліть кількість енергії, що поглинається водою

(iv) Обчисліть очікуване підвищення температури води:

Виконайте обчислення

Перетворити вміст енергії з кДж/100 г на J г -1

енергетичність 100 г хліба = 1040 кДж

розділити вміст енергії на 100, щоб знайти вміст енергії в кДж г -1

енергетичний вміст = 1040 кДж ÷ 100 г = 10,40 кДж г -1

помножте цей вміст енергії на 1000, щоб знайти вміст енергії в Дж г -1

енергетичний вміст = 10,40 кДж г -1 × 1000 Дж кДж -1 = 10400 Дж г -1

(ii) Використовуйте вміст енергії в хлібі в J г -1, щоб розрахувати, скільки енергії в джоулях (J) буде виділено при спалюванні 0,50 г хліба.

Обчисліть енергію, що виділяється при спалюванні 0,50 г хліба:

qreleased = mbread (g) × енергетичний вміст (J g -1)

qвипущено = 0,50 г × 10400 Дж, г -1 = 5200 Дж

(iii) Припустимо, що вся теплова енергія, що виділяється при згорянні хліба, йде на нагрівання води в пробірці (тобто тепло не втрачається в оточенні).
Обчисліть кількість енергії, що поглинається водою

qabsorbed = qreleased = 5200 Дж

(iv) Обчисліть очікуване підвищення температури води:

5200 Дж = 25,00 г × 4,184 Дж ° C -1 г -1 × ΔT ° C

5200 = 104,6 × ΔT

ΔT = 5200 ÷ 104,6 = 49,7 ° C

Ваша відповідь правдоподібна?

Працюйте в зворотному напрямку, використовуючи розраховане значення для підвищення температури води, щоб розрахувати енергетичний вміст хліба.
Обчисліть тепло, поглинене водою:
qabsorbed = mwater × Cg × ΔT = 25 × 4.184 × 49.7 = 5 200 J = 5 200 J ÷ 1000 J/kJ = 5.20 kJ

Тепло, поглинене водою = тепло, що виділяється при спалюванні 0,50 г хліба = 5,20 кДж

тепло, що виділяється на грам хліба = 5,20 кДж ÷ 0,5 г = 10,4 кДж
тепло, що виділяється 100 г хліба = 10,4 кДж × 100 = 1040 кДж

енергоємність хліба становить 1040 кДж на 100 г.

Оскільки це значення енергетичного вмісту таке ж, як і в запитанні (1040 кДж/100 г), ми досить впевнені, що наша відповідь на підвищення температури є правдоподібною.

Сформулюйте своє рішення проблеми "очікуване підвищення температури води в ° C":

Чи можете ви застосувати це?

Зробіть свердло зараз!

1. Джоуль названий на честь англійського фізика Джеймса Прескотта Джоуля.
Дев'ята міжнародна конференція з ваг і мір (1948) рекомендувала використовувати джоуль (вольт кулон) як одиницю тепла.
Джоуль - похідна одиниця СІ для вимірювання енергії.
Базова одиниця вимірювання енергії СІ становить кг м 2 с -2
1 Дж = 1 кг. М 2 с -2

Є багато одиниць енергії у загальному користуванні. Тут ви знайдете підручник з перерахунку між джоулями (кілоджоулями тощо) та калоріями.
1 калорія (кал) = 4,1840 Дж
1 кілокалорія (ккал) = 4184 кДж

2. Тепло, або теплова енергія - це енергія, яка безпосередньо передається від одного об’єкта іншому.
Тепло - це енергія в дорозі, така речовина, як їжа або вода при постійній температурі, не має "вмісту тепла", але воно має "вміст енергії".
Енергетичний вміст речовини складається з кінетичної енергії (руху) її частинок та потенційної енергії, такої як накопичена хімічна потенційна енергія в її хімічних зв’язках.
Температура є мірою середньої кінетичної енергії частинок.

3. У таблиці нижче наведено енергетичний вміст основних груп продуктів харчування в кілокалоріях на грам:

вміст поживної енергії
(ккал г -1)

вуглеводів	4
білка	4
ліпіди (жир або олія)	9

4. Ваш експеримент може виглядати дещо інакше, наприклад:
(а) Ви можете насадити їжу на голку на голку, встановлену на пробці, розташованій під водою.
(b) Ви можете укласти весь експеримент у фольговану коробку, щоб спробувати запобігти втратам тепла
Хоча ці заходи можуть вплинути на результати вашого експерименту (тобто вони можуть вплинути на підвищення температури води), вони не вплинуть на те, ЯК ви розраховуєте вміст енергії в їжі.

5. Або можна зважити воду і отримати її масу безпосередньо.