Noţiuni de termochimie – aplicaţii

198 vizualizări · 6 voturi

Test: Test de evaluare pentru aplicații de cal...

Raportează o problemă

Descrie pe scurt problema sau sugestia ta. Vom primi automat și pagina de pe care scrii.

Mulțumim!

Mesajul tău a ajuns la noi. Vom analiza problema cât de curând.

1. Pentru reacţia de mai jos, trebuie să calculăm entalpia de reacţie standard, ΔH⁰_r,şi să stabilim dacă reacţia este exotermă sau endotermă:

$2 {Mg}_{(s)} + {CO}_{2 (g)} \to 2 {MgO}_{(s)} + C_{(grafit)}$

aplicăm relaţia de calcul a entalpiei de reacţie standard din entalpiile de formare standard ale produşilor şi reactanţilor:

${ΔH}^{0}_{r} = (2 \cdot {ΔH}^{0}_{f {MgO}_{(s)}} + {ΔH}^{0}_{f C_{(grafit)}}) - (2 \cdot {ΔH}^{0}_{f {Mg}_{(s)}} + {ΔH}^{0}_{f {CO}_{2}_{(g)}})$

entapliile de formare standard ale oxidului de magneziu şi dioxidului de carbon sunt următoarele:

${ΔH}^{0}_{f {MgO}_{(s)}} = - 601 kJ / mol {ΔH}^{0}_{f {CO}_{2}_{(g)}} = - 393, 5 kJ / mol$

efectuăm calculul entalpiei de reacţie în condiţii standard:

${ΔH}^{0}_{r} = [2 \cdot (- 601 kJ / mol) + 0] - [2 \cdot 0 + (- 393, 5 kJ / mol)] {ΔH}^{0}_{r} = - 808, 5 kJ / mol$

ΔH⁰_r < 0, aşadar reacţia este exotermă:

$2 {Mg}_{(s)} + {CO}_{2 (g)} \to 2 {MgO}_{(s)} + C_{(grafit)} + 808, 5 kJ$

2. Se dau următoarele două reacţii şi valorile entalpiilor lor de reacţie:

Reacţia de hidrogenare a propenei: ${CH}_{2} = CH - {CH}_{3}_{(g)} + H_{2 (g)} \to {CH}_{3} - {CH}_{2} - {CH}_{3}_{(g)} ∆ {H^{0}}_{r} = - 124 kJ / mol$

Reacţia de combustie a propanului: ${CH}_{3} - {CH}_{2} - {CH}_{3}_{(g)} + 5 O_{2 (g)} \to 3 {CO}_{2} + 4 H_{2} O_{(l)} ∆ {H^{0}}_{r} = - 2220 kJ / mol$

Care este entalpia standard a reacţiei de combustie a propenei?

Reacţia de combustie a propenei:

${CH}_{2} = CH - {CH}_{3}_{(g)} + \frac{9}{2} O_{2 (g)} \to 3 {CO}_{2} + 3 H_{2} O_{(l)} ∆ {H^{0}}_{r} = ?$

Datorită legii lui Hess, putem “asambla” reacţia termochimică pentru care ne lipsesc datele:

reacţia de descompunere a unui mol de apă lichidă:

$H_{2} O \to H_{2 (g)} + \frac{1}{2} O_{2} (g) {ΔH}^{0}_{r} = + 285, 5 kJ / mol$

adunăm cele trei reacţii în aşa fel încât să obţinem reacţia de care avem nevoie:

${CH}_{2} = CH - {CH}_{3}_{(g)} + H_{2 (g)} \to {CH}_{3} - {CH}_{2} - {CH}_{3}_{(g)} {ΔH}^{0}_{r} = - 124 kJ / mol {CH}_{3} - {CH}_{2} - {CH}_{3}_{(g)} + 5 O_{2 (g)} \to 3 {CO}_{2} + 4 H_{2} O_{(l)} {ΔH}^{0}_{r} = - 2220 kJ / mol H_{2} O \to H_{2 (g)} + \frac{1}{2} O_{2} (g) {ΔH}^{0}_{r} = + 285, 5 kJ / mol$

________________________________________________________________________________

${CH}_{2} = CH - {CH}_{3}_{(g)} + \frac{9}{2} O_{2 (g)} \to 3 {CO}_{2} + 3 H_{2} O_{(l)} {ΔH}^{0}_{r} = - 2058, 5 kJ / mol$

aşadar, conform legii lui Hess, entalpia de combustie standard a reacţiei de combustie a propenei, este:

${ΔH}^{0}_{r} = - 2058, 5 kJ / mol$

Căldura specifică, c, reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi unitatea de masă dintr-o substanţă astfel încât temperatura ei să crească cu un grad. Căldura specifică se exprimă în kJ/kg·K, şi are următoarea expresie matematică:

$c = \frac{Q}{m \cdot ΔT}$

Căldura specifică molară, c, reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un mol de substanţă astfel încât temperatura ei să crească cu un grad. Căldura specifică molară se exprimă în kJ/mol·K, şi are următoarea expresie matematică:

$c = \frac{Q}{μ \cdot ΔT}$

Deschide pagina de teorie: Noţiuni de termochimie – aplicaţii →

În această lecție vom vedea cât de bine am reușit să asimilăm noțiunile teoretice din lecțiile trecute.

Deci le vom aplica în câteva probleme de calcul.

Pentru început, avem această reacție dintre magneziu și dioxid de carbon.

Haideți să vedem care este entalpia standard de reacție

și să vedem și dacă reacția degajă sau absorbe căldură.

Deci dacă este o reacție exotermă sau o reacție endotermă.

Mai întâi aplicăm relația de calcul la entalpie standard de reacție

din entalpile standard de formare ale produsilor și ale reactanței.

Așadar, avem entalpia standard de reacție

care este egală cu suma entalpilor standard de formare ale produsilor

minus suma entalpilor standard de formare ale reactanților.

Nu uităm că ținem întotdeauna cont și de numărul de moli.

Despre valorile entalpilor standard de formare

știm de lecțiile trecute că majoritatea sunt calculate deja de oamenii de știință

iar noi le avem la dispoziție în tabele sau anexe.

Într-un astfel de tabelă am găsit valoarea entalpiei standard de formare pentru oxidul de magneziu

și valoarea entalpiei standard de formare pentru dioxidul de carbon.

Că despre entalpile de formare ale magneziului și carbonului

să ne reamintim că, prin convenție,

s-a stabilit că substanțele elementare au entalpile standard de formare egale cu zero.

Și astfel, având aceste valori, înlocuim în relația noastră

și obținem că entalpia de reacție în condiții standard

este egală cu minus 808,5 kJ pe mol.

Semnul minus ne spune că sistemul pierde energie.

Așadar, această cantitate de căldură se degaje atunci când are loc reacția.

Deci reacția dintre magneziu și dioxidul de carbon este o reacție exotermă.

Legea lui Hess spune că putem aduna căldurile de reacție.

Haideți să vedem în continuare la ce ne ajută acest lucru.

Avem următoarele două reacții alături de entalpile lor standard de reacție.

Prima este reacția de hidrogenare a propenei,

iar a doua este reacția de combustie a propanului.

Și ce ne cere problema este să calculăm entalpia standard a reacției de combustie a propenei.

Practic, datorită legii lui Hess,

știm că putem asambla o reacție termodinamică pentru care ne lipsesc datele

sau pentru care e mai greu să aflăm datele.

Deci putem asambla o reacție din alte reacții pentru care avem informațiile termochimice mai la îndemână.

Avem aceste reacții pe care ni le dă datele probleme.

Putem să le adunăm sau să le scădem alături de alte reacții care ne-ar fi de folos

până când obținem reacția de care avem nevoie.

Și apoi vom aduna sau vom scade și entalpile de reacție în același mod.

Haideți să analizăm reacțiile pe care le avem.

Vedem că în reacția de combustie pe care trebuie să o obținem,

nu apare nici o moleculă de hidrogen,

deci va trebui să scăpăm de hidrogenul din prima reacție.

Avem 5 moli de oxigen în a doua reacție,

însă nou ne trebuie numai 4,5 sau 9 pe 2 moli.

Un mol de propenă îl avem aici,

3 moli de dioxid de carbon de aici

și mai vedem că avem nevoie de 3 moli de apă,

iar noi aici avem 4 moli de apă.

Trebuie să scăpăm de unul,

deci avem nevoie de un mol de apă drept reactant.

Astfel se va reduce cu un mol de apă de pe partea produsilor de reacție.

Și ne vom folosi de reacția de descompunere a unui mol de apă lichidă.

În tabele găsim entalpia standard de formare a unui mol de apă lichidă.

Deci această valoare este pentru această reacție.

Vedem că este pentru reacția inversă,

celăi de care avem noi nevoie.

Astfel, valoarea entalpiei standard de reacție pentru descompunere a apei

va fi valoarea opusă entalpiei de formare a apei,

adică va fi plus 285,5 kJ pe mol.

Și acum ne mai rămâne să adunăm aceste 3 reacții

și să vedem dacă obținem și numerele de mol de care avem nevoie.

Molecula de propane din reacția a doua.

Se reduce cu cea din prima reacție.

Vedem că un mol de substanță care se află pe partea reactanților

poate fi redus cu un mol de substanță care se află pe partea produșilor.

Un mol de apă se reduce cu unul de aici.

Deci rămânem cu 3.

Apoi avem 1 pe 2 mol de oxigen,

care se reduc din acești 5 mol de oxigen.

Deci rămânem aici cu 9 pe 2 mol.

Și astfel, reacția pe care o obținem

este reacția de combustie de care avem nevoie.

Singura operație matematică pe care am efectuat-o a fost să adunăm aceste reacții.

Și pentru a afla și valoarea entalpiei standard a reacției de combustie, a propenei,

nu trebuie decât să aplicăm aceleși relații și valorilor entalpilor de reacție.

Deci în cazul nostru trebuie doar să le adunăm.

Și obținem astfel valoarea de care avem nevoie.

Minus 2058.5 kJ pe mol.

În continuare vom calcula câtă căldură se degajă la arderea a 4 normal metri cub de metan.

Și avem reacția de arderea metanului.

Se cunosc entalpile molare de formare standard ale compușilor participanți la reacție.

Astfel putem calcula foarte simplu entalpia standard de reacție.

Deci suma entalpilor de formare a produșilor minus suma entalpilor de formare a reactanților.

Facem calculul numeric.

Și obținem valoarea entalpiei standard a reacției de ardere a unui mol de metan.

Deci la arderea unui mol de metan se degajă 802.1 kJ.

Acum trebuie să aflăm cât mol de metan se află în 4 normal metri cub.

Pentru gaze, numărul de mol este egal cu volumul de gaz supra 22.4 litri pe mol.

Într-un metru cub avem 1000 de litri.

Deci numărul nostru de mol va fi egal cu 4000 supra 22.4.

Și astfel vedem că în 4 metri cub de metan avem 178.57 mol de gaz.

Mai înainte am văzut că un mol de metan degajă la ardere 802.1 kJ.

Și prin regula de 3 simplă calculăm valoarea care ne interesează.

Așadar la arderea a 4 normal metri cub de metan se degajă 143.231 kJ.

Haideți să vedem acum cât apă putem încălzi de la 0 grade la 100 grade Celsius prin arderea unui mol de metan.

Însă pentru asta avem nevoie de o noțiune numită căldură specifică.

Căldura specifică reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi unitatea de masă dintr-o substanță,

astfel încât temperatura ei să crească cu un grad.

Notăm căldura specifică cu litera Cmic.

Aceasta este expresia matematică a căldurii specifice.

Căldura supra masa ori variația de temperatură.

Astfel măsurăm căldura specifică în kJ pe kg ori K.

De obicei, căldurile specifice ale anumitor substanțe sunt oferite în datele problemelor.

Dacă nu, ele se găsesc în tabele și anexe pentru majoritatea substanțelor, ele fiind deja măsurate și calculate de oamenii de știință.

O altă noțiune este căldura specifică molară.

Căldura specifică molară reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui mol de substanță,

astfel încât temperatura substanței să crească cu un grad.

Și aceasta este expresia matematică.

Căldura supra număr de moli ori variația temperaturii.

Deci căldura specifică molară se măsoară în KJ pe mol ori K.

Nouă problemă mi se cere masa de apă în grame, încălzită de la 0°C la 100°C, prin arderea unui mol de metan.

Haideți să vedem care sunt datele pe care le cunoaștem.

În primul rând am văzut că la arderea unui mol de metan se degajă o căldură de 802,1 KJ.

Deci Q, căldura pe care o avem la dispoziție pentru încălzirea apei, este egală cu 802,1 KJ.

Delta T este egal cu temperatura finală la care vrem ca substanța noastră să ajungă minus temperatura inițială.

Deci delta T este egal cu 100°C minus 0°C sau cu 373,15 K minus 273,15 K.

Și variația va fi de 100°C.

Căldura specifică a apei este o valoare destul de cunoscută, care de obicei fie ni se dă în problemă, fie o găsim în tabele.

Și este egală cu 4,186 J pe gram ori K.

Deci avem relația căldurii specifice, de unde singura necunoscută este M, adică masa.

M este egal cu Q supra C ori delta T.

Și acum putem înlocui cu valorile numerice.

Am înmulțit aici cu 1000 pentru că am făcut conversia din KJ în J.

Efectuăm calculul și vedem că masa este egală cu 1916,14 g de apă.

Așadar, prin arderea unui singur mol de metan, putem încălzi aproape 2 kg de apă de la 0°C la 100°C.

Deschide transcriptul lecției: Noţiuni de termochimie – aplicaţii →

Continuă cu testul

Test de evaluare pentru aplicații de calcul la termochimie

Comentarii (0)

Autentifică-te pentru a lăsa un comentariu.

Niciun comentariu încă.