Ekzemplo de Termokemiaj Diskutaj Demandoj
Pendahuluan
Termokemio estas branĉo de kemio, kiu studas la rilaton inter kemiaj reakcioj kaj energiŝanĝoj, precipe en la formo de varmo. Ĝi estas grava temo en fizika kemio, ĉar ĝi helpas nin kompreni kiel energio transdoniĝas kaj transformiĝas dum kemiaj reakcioj. En ĉi tiu artikolo, ni diskutos plurajn ekzemplajn problemojn pri termokemio por helpi klarigi ĉi tiujn konceptojn.
Ekzempla Demando 1: Ŝanĝo en Entalpio de Bruligado
Demando:
La brulentalpio (ΔHc) de etanolo (C2H5OH) estas -1367 kJ/mol. Difinu la kvanton da energio liberigita kiam 2 moloj da etanolo estas tute bruligitaj!
Diskuto:
La entalpia ŝanĝo de brulado (ΔHc) estas la energio liberigita kiam unu molo de substanco estas tute bruligita en oksigeno. Por etanolo, ΔHc = -1367 kJ/mol.
Se 2 moloj da etanolo estas bruligitaj, la kvanto de energio liberigita estas:
Energioliberigo = 2 mol × (-1367 kJ/mol)
\[ \tekst{Malŝarĝa energio} = -2734 \, \tekst{kJ} \]
Do, kiam 2 moloj da etanolo estas tute bruligitaj, la energio liberigita estas -2734 kJ.
Ekzempla Demando 2: Kalkulado de Reakcia Entalpio el Datumoj pri Formacia Entalpio
Demando:
Uzu la jenajn normajn datumojn pri formado de akvo entalpio por kalkuli la reakcian formado-entalpion de akvo vaporo:
– ΔH_{\tekst{f}}^{\circ}(\tekst{H}_²(g)) = 0 \, \tekst{kJ/mol}\)
– ΔH_{\tekst{f}}^{\circ}(\tekst{O}_²(g)) = 0 \, \tekst{kJ/mol}\)
– ΔH_{\tekst{f}}^{\circ}(\tekst{H}_2\tekst{O}(g)) = -241.8 \, \tekst{kJ/mol}\)
Reago:
\[ \tekst{H}_2(g) + \frac{1}{2} \tekst{O}_2(g) \rightarrow \tekst{H}_2 \tekst{O}(g) \]
Diskuto:
La reakcia entalpio (\(\Delta H_{\text{rxn}}\)) povas esti kalkulita uzante la norman formiĝan entalpion (\(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}\)) kun la formulo:
\[ ΔH_{\text{rxn}} = ΔH_{\text{f}}^{\circ} \text{produkto} – ΔH_{\text{f}}^{\circ} \text{reakciantoj} \]
Por ĉi tiu reakcio:
ΔH_{\tekst{rxn}} = ΔH_{\tekst{f}}^{\circ}(\tekst{H}_2\tekst{O}(g)) – [ΔH_{\tekst{f}}^{\circ}(\tekst{H}_2(g)) + \frac{1}{2} ΔH_{\tekst{f}}^{\circ}(\tekst{O}_2(g))]
Enigu la valoron de la entalpio de formiĝo:
ΔH rxn = -241.8 kJ/mol – [0 + 1/2 × 0]
ΔH rxn = -241.8 kJ/mol
Do, la reakcia entalpio por la formado de akva vaporo estas -241.8 kJ/mol.
Ekzempla Demando 3: Leĝo de Hess
Demando:
Difinu la entalpian ŝanĝon (ΔH) por la jena reakcio:
\[ \tekst{C(s)} + \frac{1}{2} \tekst{O}_2(g) \rightarrow \tekst{CO(g)} \]
Uzu la jenajn datumojn:
1. (\(\tekst{C(s)} + \tekst{O}_²(g) \rightarrow \tekst{CO}_²(g) \, \Delta H = -393.5 \, \tekst{kJ}\)
2. (\(\frac{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Diskuto:
Uzu la leĝon de Hess, kiu deklaras, ke se kemia reakcio povas esti esprimita kiel la sumo de pluraj aliaj reakcioj, tiam la entalpia ŝanĝo de la tuta reakcio estas la sumo de la entalpiaj ŝanĝoj de tiuj reakcioj.
Paŝo 1: Skribu la reakcion, kiun necesas inversigi aŭ ŝanĝi por kongrui kun la cela reakcio:
– Reakcio (1): (\(\tekst{C(s)} + \tekst{O}_2(g) \rightarrow \tekst{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \tekst{kJ}\)
– Reakcio (2): \(\tekst{CO(g)} + \frac{1}{2}\tekst{O}_2(g) \rightarrow \tekst{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \tekst{kJ}\)
Paŝo 2: Inversigu la reakcion (2) kaj ŝanĝu la signon de ΔH:
\[ \tekst{CO}_2(g) \rightarrow \tekst{CO(g)} + \frac{1}{2} \tekst{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \tekst{kJ} \]
Paŝo 3: Aldonu la reakcion (1) kaj la inversan reakcion (2):
\[ \tekst{C(s)} + \tekst{O}_²(g) \rightarrow \tekst{CO}_²(g) \, \Delta H = -393.5 \, \tekst{kJ} \]
\[ \tekst{CO}_2(g) \rightarrow \tekst{CO(g)} + \frac{1}{2} \tekst{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \tekst{kJ} \]
Paŝo 4: Aldonu la du reakciojn:
\[ \tekst{C(s)} + \tekst{O}_2(g) + \tekst{CO}_2(g) \rightarrow \tekst{CO}_2(g) + \tekst{CO(g)} + \frac{1}{2} \tekst{O}_2(g) \]
Simpligo rezultigas:
\[ \tekst{C(s)} + \frac{1}{2} \tekst{O}_2(g) \rightarrow \tekst{CO(g)} \]
Totala entalpia ŝanĝo (\(\Delta H\)):
ΔH = -393.5 kJ + 283.0 kJ = -110.5 kJ
Do, la entalpia ŝanĝo por la reakcio estas -110.5 kJ.
Ekzempla Demando 4: Kalorimetrio
Demando:
En kalorimetria eksperimento, 50 g da akvo (c = 4.18 J/g°C) estas varmigitaj de 25°C ĝis 75°C. Kalkulu la kvanton da varmo (q) bezonata.
Diskuto:
La kvanto de varmo (q) bezonata por varmigi akvon kalkuleblas per la formulo:
\[ q = m ∫ c ∫ ΔT \]
– m = maso de akvo = 50 g
– c = specifa varmokapacito = 4.18 J/g°C
– ΔT = temperaturŝanĝo 75°C – 25°C = 50°C
\[ q = 50 \, \tekst{g} \times 4.18 \, \tekst{J/g°C} \times 50°C \]
\[ q = 10450 \, \tekst{J} \]
Do, la kvanto da varmo bezonata por varmigi 50 g da akvo de 25 °C ĝis 75 °C estas 10450 J.
Fermo
La diskuto pri la ekzemplaj problemoj supre provizas detalan superrigardon pri kiel termokemiaj konceptoj povas esti aplikitaj por solvi diversajn problemojn rilatajn al kemiaj reakcioj kaj energiaj transformoj. Termokemio estas decida en diversaj kampoj, inkluzive de industrio, energio kaj scienca esplorado, ĉar ĝi permesas al ni kompreni kaj manipuli la energiajn transformojn, kiuj okazas en kemiaj reakcioj. Kun bona kompreno pri termokemio, ni povas desegni pli efikajn procezojn kaj evoluigi novajn, pli ekologie amikajn teknologiojn.
