Entalpia molowa, Egzaminy z Statyka

Pobierz Entalpia molowa i więcej Egzaminy w PDF z Statyka tylko na Docsity!

Entalpia molowa

Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela

Energia może być pobierana lub wydzielana w czasie reakcji chemicznej na różne sposoby - może to być energia cieplna, ale również energia elektryczna czy promieniowanie. Badaniem efektów cieplnych reakcji chemicznych zajmuje się dział chemii fizycznej, nazywany termochemią. Czy wiesz, jakich określeń używamy, aby wskazać, czy dana reakcja chemiczna zachodzi z wydzieleniem, czy z pobraniem ciepła?

Twoje cele

Zdefiniujesz termin entalpia reakcji chemicznej. Rozróżnisz entalpie reakcji egzotermicznych i endotermicznych. Wyjaśnisz różnicę między terminami: układ a otoczenie. Obliczysz zmianę entalpii w czasie reakcji chemicznej.

Większość reakcji chemicznych związana jest ze zmianami energetycznymi. Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Entalpia molowa

W poniższych harmoniach znajdziesz przykłady wcześniej wspomnianych reakcji egzo- i endotermicznych.

Spójrz na ilustrację poniżej, aby lepiej zrozumieć i zapamiętać różnice pomiędzy reakcją egzo- i endotermiczną.

Ilustracja obrazująca w sposób schematyczny różnicę pomiędzy reakcją egzotermiczną a endotermiczną Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Układ a otoczenie

Badając aspekty związane ze zmianą ciepła reakcji, należy znać pojęcia, takie jak układ oraz otoczenie. Pierwsze z nich oznacza reagenty biorące udział w danej reakcji chemicznej (substraty oraz produkty), a na otoczenie składają się wszystkie elementy zewnętrzne, które nie biorą udziału w danej reakcji chemicznej (np. laboratorium, zlewka reakcyjna, naukowiec itp.). Wyróżnia się trzy typy układów:

układ otwarty – czyli taki, który może wymieniać z otoczeniem energię, jak i materię (np. z otoczenia pobierany jest tlen, a oddawana jest para wodna);

N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) ΔH = −45,94 mol NHkJ 3

2 NH3(g) → N2(g) + 3 H2(g) ΔH = 45,94 mol NHkJ 3

układ zamknięty – czyli taki, który nie wymienia z otoczeniem materii chemicznej, lecz może wymieniać z otoczeniem energię; układ izolowany – czyli taki, który nie może i nie wymienia z otoczeniem ani materii, ani energii.

Ciepło każdej reakcji chemicznej jest inne i zależy od stanu skupienia, w jakim znajdują się reagenty. Inne jego wartości będą obserwowane w przypadku zastosowania substratów gazowych, a inne dla stałych lub ciekłych. Dlatego w zapisie równań reakcji należy umieszczać właściwe oznaczenia stanów skupienia reagentów kolejno dla gazów (g), cieczy (c) i ciał stałych (s). Ciepło jest to ilość energii, którą można wyrazić np. w dżulach lub kaloriach.

Zmiana entalpii nie zawsze jest podawana w odniesieniu do 1 mola reagentu – może, ale nie musi. Jeśli w reakcji wszystkie współczynniki wynoszą więcej niż jeden i zapiszemy przy niej ΔH, to może ono się odnosić do zapisu reakcji lub być przeliczone na 1 mol reagentu.

Przykład

Oblicz zmianę entalpii reakcji rozkładu amoniaku w przeliczeniu na 1 mol amoniaku, wiedząc, że rozkład 6,8 kg amoniaku jest związany z pochłonięciem 18376 kJ ciepła.

1. Należy napisać i uzgodnić równanie reakcji chemicznej:
2. Układamy proporcję na podstawie danych: 6,8 kg to 6800 g; 1 mol ma masę 17 g.
3. Podanie wartości przy uwzględnieniu, czy jest to reakcja endo-, czy egzotermiczna. Reakcja przebiega z pochłonięciem ciepła, więc.

Zatem.

Słownik

2 NH3(g) → N2(g) + 3 H2(g)

NH 3

6800 g NH 3 — 18376 kJ

17 g NH 3 — x

x = 45,94 kJ

ΔH

ΔH > 0

ΔH = 45,94 molkJ

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Równowagi i procesy jonowe, Gdynia 2005.

Film samouczek

Polecenie 1

Jaką wartość przyjmuje entalpia substratów i produktów podczas reakcji endotermicznej, a jaką podczas reakcji egzotermicznej? Czy wiesz, na jakiej podstawie wyznaczono zmiany entalpii, towarzyszące 1 molowi związku chemicznego z pierwiastka chemicznego w warunkach standardowych? Zapoznaj się z poniższym filmem samouczkiem i odpowiedz na powyższe pytania.

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1HtRTqma Film samouczek pt. „Entalpia molowa” Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Film nawiązujący do treści materiału

Ćwiczenie 1

Wyjaśnij, czym jest entalpia reakcji.

Ćwiczenie 2

Oblicz entalpię reakcji tworzenia 25 g amoniaku, jeśli reakcja przebiega zgodnie z równaniem: .

Odpowiedź:

N2(g) +3 H2(g) → 2 NH3(g)

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1 Dopasuj wytłumaczenie pojęć i zaznacz wszystkie poprawne rodzaje układów.

otoczenie –

układ –

wszystkie substancje biorące udział w danej reakcji chemicznej

wszystkie elementy zewnętrzne nie biorące udziału w reakcji

Ćwiczenie 2

Dopasuj definicje do pojęć.

reakcja egzoenergetyczna – reakcja endoenergetyczna –

reakcja chemiczna, która przebiega z pochłanianiem energii z otoczenia do układu reakcyjnego reakcja chemiczna, która przebiega z wydzieleniem energii z układu reakcyjnego do otoczenia

Ćwiczenie 3

Która z poniższych definicji poprawnie określa pojęcie układu zamkniętego.

brak możliwości wymiany materii chemicznej i energii z otoczeniem

brak wymiany materii chemicznej z otoczeniem, możliwość wymiany energii

możliwość wymiany materii chemicznej i energii z otoczeniem

Ćwiczenie 4

Entalpia tworzenia 1 mola chlorowodoru w temperaturze 25ºC wynosi -92,31 , a entalpia rozkładu 1 mola bromowodoru w temperaturze 25ºC wynosi 36,29. Oceń prawdziwość poniższych zdań.

Zdanie Prawda Fałsz Podane reakcje są reakcjami egzotermicznymi, czyli przebiegającymi z wydzieleniem ciepła. Reakcja syntezy bromowodoru i syntezy chlorowodoru ma taki sam znak efektu energetycznego procesu. Chlorowodór jest związkiem trwalszym od bromowodoru.

kJ kJ^ mol mol

Ćwiczenie 5 Spośród poniższych równań reakcji chemicznych wybierz te, które zachodzą z pochłanianiem ciepła, i te, które przebiegają z jego wydzieleniem.

Reakcje przebiegające z pochłanianiem ciepła

Reakcje przebiegające z wydzieleniem ciepła

2 H2(g) + O2(g) → 2 H 2 O(c)

ΔH = −285,83 mol HkJ 2 O(c)

2 N2(g) + O2(g) → 2 N 2 O(g)

ΔH = 231,85 mol NkJ 2 O(g)

4 NH3(g) + 3 O2(g) → 2 N2(g) + 6

ΔH = −382,81 mol NHkJ 3(g)

2 N2(g) + 4 H2(g) + 3 O2(g) → 2 N

ΔH = −356,6 mol NHkJ 4 NO 3

(g)

NH 4 NO3(g) → N 2 O(g) + 2 H 2 O(g)

ΔH = −133,46 mol NHkJ 4 NO3(g)

醙

醙

Ćwiczenie 8 Oblicz ciepło wymieniane między układem a otoczeniem w reakcji rozkładu 112 g acetylenu, skoro = -228,2. Odpowiedź zaokrąglij do całości.

Ciepło wynosi kJ

ΔH (^) molkJ

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 9 Gumowa żelka zawiera 2,67 g sacharozy. W trakcie jej reakcji z 7,19 g chloranu(V) potasu wydziela się 43,7 kJ ciepła. Dobierz współczynniki dla równania termochemicznego reakcji i oblicz entalpię reakcji w przeliczeniu na 1 mol sacharozy. Odpowiedź zaokrąglij do całości.

kJ

C 12 H 22 O 11

KClO 3

C 12 H 22 O11(aq) KClO3(aq) CO2(g)

H 2 O(l) KCl(aq)

ΔH =

醙

難

Ćwiczenie 10

Standardowe ciepło spalania metanu do i ciekłej wody wynosi –891. Oblicz standardową molową entalpię tworzenia metanu, znając dodatkowo standardowe molowe entalpie tworzenia i.

CO2(g) molkJ

CO2(g) H 2 O(c)

CO2(g) Δ H°tw = −394 molkJ

H 2 O(c) Δ H°tw = −286 molkJ

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 11

Oblicz efekt cieplny, towarzyszący rozpuszczaniu 34 g stałego siarczanu(VI) wapnia w wodzie, wiedząc, że entalpia procesu rozpuszczania wynosi –20,2 (^) mol^ kJ.

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

難

難

Strategie nauczania:

asocjacyjna.

Metody i techniki nauczania:

burza mózgów; kula śniegowa; dyskusja dydaktyczna; analiza materiału źródłowego; ćwiczenia uczniowskie; film samouczek; technika zdań podsumowujących.

Forma pracy:

praca indywidualna; praca w grupach; praca zbiorowa.

Środki dydaktyczne

komputery z głośnikami, słuchawkami/smartfony/tablety z dostępem do Internetu; podręczniki tradycyjne; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; rzutnik multimedialny; tablica interaktywna/tablica.

Przed lekcją:

Uczniowie proszeni są o przeanalizowanie filmu samouczka, zawartego w e‐materiale, co ułatwi pracę na przyszłych zajęciach.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel prosi uczniów o podanie przykładów reakcji przebiegających z wydzieleniem lub pochłonięciem ciepła?
2. Rozpoznawanie wiedzy wyjściowej uczniów. Burza mózgów wokół pytania nauczyciela: Jak nazywana jest energia z wydzieleniem i pochłonięciem ciepła w warunkach izobaryczno‐izotermicznych?
3. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele lekcji, które uczniowie zapisują w portfolio.

Faza realizacyjna:

1. Nauczyciel informuje uczniów, że będą poszukiwać odpowiedzi na pytanie „Co to jest entalpia molowa reakcji i jak się ją oznacza?”. Podopieczni mają podać przykład dla dowolnej reakcji. Będą pracowali metodą kuli śniegowej:

Najpierw indywidualnie opracują odpowiedź na zadane pytanie. Potem połączą się w pary, porównają swoje propozycje i spiszą na osobnej kartce listę swoich wspólnych rozwiązań. Następnie uczniowie zgromadzą się w czwórkach i w podobny sposób skonfrontują swoje stanowiska, a zebrane rozwiązania zapiszą na nowej kartce. W dalszej części uczniowie połączą się w jeszcze liczniejsze grupy, aż wobec postawionego problemu wypowie się cała klasa. Wszystkie uzgodnione na forum całej klasy odpowiedzi wraz z argumentami zostaną zapisane na tablicy.

2. Po wykonaniu zadania i ustaleniu wspólnie przez uczniów odpowiedzi/definicji, nauczyciel weryfikuje ją i w razie potrzeby uzupełnia.
3. Na podstawie burzy mózgów z fazy wstępnej, nauczyciel wypisuje kilka przykładów podanych reakcji na tablicy. Wspólnie z uczniami przypisuje im odpowiedni znak lub. Następnie prosi o podanie definicji dla reakcji egzotermicznej i endotermicznej. Jeśli uczniowie mają problem z ich podaniem, odsyła ich do materiałów źródłowych, żeby podali poprawną definicję.
4. Następnie uczniowie samodzielnie mają za zadanie zapisać w zeszytach definicje układu i otoczenia (korzystać mogą z e‐materiału, podręczników). Do każdego układu podają przykład reakcji, np. reakcja w termosie, reakcja w zlewce itd.
5. Uczniowie analizują w parach przykład, zawarty w e‐materiale. Ewentualne niezrozumiale kwestie wyjaśnia nauczyciel.
6. Podopieczni mają za zadanie, dla wskazanej przez nauczyciela reakcji, wykonać obliczenia ciepła wymienianego między układem a otoczeniem i określić efekt energetyczny tego procesu. Nauczyciel sprawdza rezultaty rozwiązań przedstawionych przez uczniów.
7. Uczniowie samodzielnie sprawdzają swoją wiedzę, wykonując ćwiczenia w e‐materiale.

Faza podsumowująca:

1. Nauczyciel sprawdza wiedzę uczniów zadając przykładowe pytania: co to jest termochemia? Co to jest entalpia? Wymień trzy przykłady reakcji egzoenergetycznych i trzy przykłady endoenergetycznych. Jakie znasz rodzaje układów i podaj ich wyjaśnienia?
2. Jako podsumowanie lekcji, nauczyciel może wykorzystać zdania do uzupełnienia, które uczniowie również zamieszczają w swoim portfolio:

Przypomniałem/łam sobie, że... Co było dla mnie łatwe... Co było dla mnie łatwe ...

ΔH < 0 ΔH > 0