ΧΗΜΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών Κεφ2 ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ. Πέριπτώσεις ασκήσεων του κεφαλαίου 2

Πως μέσα από την θεωρία βιβλίο της Χημείας Προσανατολισμού Γ τάξης Ενιαίου Λυκείου

περνάμε σε  κάποιες χαρακτηριστικές ασκήσεις  Κεφάλαιου 2

Θερμιδομετρία

Μπορούμε να συσχετίσουμε την θερμότητα μιας αντίδρασης με τις ποσότητες των σωμάτων που λαμβάνουν μέρος σε αυτήν με απλούς στοιχειομετρικούς υπολογισμούς

Παράδειγμα 1

Δίνονται οι θερμοχημικές εξισώσεις  (1) Η₂ + Cl₂  -> 2HCl  +44,4 Kcal και η(2) Η₂ +Ι₂(ατμοί) - > 2ΗΙ  -12,4 kcal

Μίγμα χλωρίου και ατμοί ιωδίου αντιδρά πλήρως με υδρογόνο. Ποια πρέπει να είναι η αναλογία μορίων των συστατικών του μίγματος ώστε κατά την αντίδραση να μην παρατηρείται θερμική μεταβολή;

Λύση

στις αντιδράσεις  Η₂ + Cl₂  -> 2HCl  +44,4 Kcal

Η₂ +Ι₂(ατμοί) - > 2ΗΙ  -12,4 kcal

που γίνονται ταυτόχρονα

Για να μην έχουμε θερμική μεταβολή πρέπει Q1 +Q2 =0 (3) -> α.44.4 +β.(-12,4)=0

στην (1) :  Αν έχω α mol  υδρογόνου και  α mol χλωρίου τότε η Q1 =α.44.4 

στην (2) :Αν έχω β mol  υδρογόνου και  β mol ιωδίου τότε  Q2 =β.12,4

 και  α/β=χ ->

διαιρώ την 3 με το β  και έχω α/β.44.4 +β/β.(-12,4)=0-> χ.44.4 -12.4 =0 ->χ=12,4/44.4

(σελ 66) Παράδειγμα2

Σε θερμιδόμετρο που περιέχει 25 mL διαλύματος CuSO4 1 Μ, προστίθεται περίσσεια σκόνης Zn. H αρχική θερμοκρασία του

διαλύματος αυξάνεται από 20,2 o C σε 70,8 o C. Να υπολογίσετε την ενθαλπία της αντίδρασης:

Zn+CuSO4  ->ZnSO4+Cu

Δίνεται ότι: c διαλύματος = 4,18 kJ/kg.o C και ρ (διαλύματος) = 1 g/mL.

To ποσό της θερμότητας που απορροφάται από το θερμιδόμετρο και τα αντιδραστήρια να θεωρηθεί αμελητέο.

Λύση 

Θα χρησιμοποιήσω την εξίσωση της θερμιδομετρίας για το διάλυμα

Q= m,c.ΔΤ 

m : η μάζα του διαλύματος σε γραμμάρια

c : η ειδική θερμοχωρητικότητα του διαλύματος εκφρασμένη συνήθως

σε J g-1 grad-1 ή cal g-1grad-1.

ΔT: η μεταβολή της θερμοκρασίας σε οC ή K.

Πρέπει να υπολογίσουμε την μάζα του διαλύματος θειικού χαλκού σε γραμμάρια .

 Μας δίνεται ο όγκος  στο διάλυμα και η πυκνότητα του διαλύματος άρα m=ρ.v  

mδιαλύματος=  1 g/mL.25 mL =25g διαλύματος

Επίσης μετατρέπω μονάδες σε θερμοχωρητικότητα  4,18 kJ/kg o C.=  4,18 1000J/1000go C = 4,18 J/g.o C

ΔΤ =  70,8 ^o C - 20,2 ^o C .50,6^o C = 

στην εξίσση Q= m,c.ΔΤ αντικαθιστώ

Q= . 4,18 J/g.o C. 50,6^o C = 5287.7j =5,2877kj

Η ποσότητα  σε mol του θειικού χαλκού στα 25ml είναι  25/1000 mol CuSO4 =0,025

 και ελευθερώνει θερμότητα 5,2877kj

Η θερμότητα που ελευθερώνεται από 1 mol βρίσκεται ισή με 211,5kj Άρα η ΔΗ =- 211,5kj

Νόμοι της θερμοχημείας

Μπορούμε να συνδυάσουμε διάφορες εξισώσεις ώστε να δώσουν την ζητούμενη της οποίας δεν γνωρίζουμε την ενθαλπία . Αν χρειαστεί να αντιστρέφουμε ορισμένες , ή πολλαπλάσιάζουμε με κάποιον συντελεστή ορισμένες άλλες. Συνήθως προσθέτουμε κατά μέλη και παίρνουμε την ζητούμενη

Παράδειγμα 3

(σελ 65) Να υπολογίσετε την ενθαλπία σχηματισμού του ακετυλενίου C2H2

2C(γραφίτης)+H₂(g) - > C₂H₂(g) ΔΗf = x kJ

από τα παρακάτω δεδομένα:

 α.      C(γραφίτης)+O ₂(g)  ->CO₂(g) ΔΗ₁= -393,5 kJ

β.       H₂(g)+1/2O₂(g) ->  H₂O (g) ΔΗ₂ = -285,8 kJ 

γ.      2C₂H₂(g)+5O₂(g) ->  4CO₂(g)+2H₂O (g) ΔΗ₃ = -2595,8 kJ

Λύση

Προσπαθώ από τις αντιδράσεις που έχω με τις γνωστές ενθαλπίες να κατασκευάσω την αρχική αντιστρέφοντας, και πολλαπλασιάζοντας με συντελεστές όπου χρειάζεται. 

Την πρώτη την πολλαπλάσιάζω επί 2 για να πάρω τον συντελεστή 2 όπως στον άνθρακα της ζητούμενης

α΄   2 C(γραφίτης)+2O ₂(g)  -> 2CO2(g)  2ΔΗ₁= 2.(-393,5) kJ

Την τρίτη την πολλαπλασιάζω με 1/2 για να πάρω ένα ακετυλένιο (C₂H_2). Επίσης την αντιστρέφω για να έρθει το ακετυλένιο στο δεύτερο μέλος όπως στην ζητούμενη

γ΄    2CO₂(g)+H₂O (g)  -> C₂H₂(g)+5/2O₂(g)  ΔΗ₃ = +2595,8/2 kJ

Προσθέτω τις α΄και β΄και γ΄κατά μέλη.  Τα οξυγόνα, τα διοξείδια του άνθρακα και το νερό απλοποιούνται και καταλήγουμε στην αρχική στην οποία

 η ΔΗ=  2.(-393,5) +(-285,8) + 2595,8/2 =.....

Παράδειγμα 4

Συχνά σε μια αντίδραση, πρέπει να υπολογίσουμε την μεταβολή της  ενθαλπίας,  από τις ενθαλπίες αντιδράσεων  σχηματισμού των σωμάτων που πέρνουν μέρος σε αυτήν. Γράφουμε  τις εξισώσεις και αντιστρέφουμε αυτές των αντιδρώντων, πολλαπλάσιάζουμε με συντελεστές,εάν χρειάζεται, ώσπου να καταλήξουμε στην επιθυμητή. Υπάρχουν και παραλλαγές που  μπορεί να ζητούν κάτι άλλο.

Για τον σχηματισμό του NO₂ η ΔΗ = 8,09kcal/mol. στους 25^οC.  Για τον  σχηματισμού του αερίου Ν₂Ο₄  είναι   ΔΗ= 2,31kcal/mol. Πόση είναι η ΔΗ κατά τον σχηματισμό  Ν₂Ο₂ από δύο μόρια NO₂ με τον σχηματισμό απλού ομοιοπολικού δεσμού . Όλες οι ΔΗ των αντιδράσεων μετρημένες στους 25^οC.

(1)          1/2Ν₂ + Ο₂ -> ΝΟ₂   ΔΗ=8,09kcal/mol

 (2)        Ν₂ +2Ο₂  - >   Ν₂Ο₄     ΔΗ= 2,31kcal/mol   

 (3)      2ΝΟ2   ->      Ν₂Ο₄     ΔΗ= ;

Λύση

την πρώτη αντίδραση (1)

Διπλασιάζουμε  Ν₂ +  2Ο₂ -> 2ΝΟ₂      ΔΗ=2.8,09kcal/mol    και αντιστρέφουμε 2ΝΟ_{2 ->} Ν₂ +  2Ο₂   ΔΗ= -2.8,09kcal/mol (1΄)

Προσθέτουμε κατά μέλη την (1΄) και την (2) και παίρνουμε την ζητούμενη

 2ΝΟ2   ->      Ν₂Ο₄     ΔΗ=--13,87kcal/mol