Vežba br. 4 termohemija
Entalpija (H) je količina oslobođene ili vezane toplote u toku hemijske reakcije. , koja se odvija pri stalnom pritisku (p=const). Izražava se pomoću razlike u entalpiji H (toplotnom sadržaju) sistema. Promena entalpije sistema H je razlika u toplotnom sadržaju proizvoda i reaktanata. Merna jedinica entalpije je kJ/mol.
Ho - entalpija pri konst. temperaturi 298 K (25oC)
Hro - entalpija hemijske reakcije pri standardnim uslovima
Hf0 - entalpija stvaranja jedinjenja
Hf°(hemijski elemenat) = 0
Zapamtiti: Standardna entalpija hemijskih elemenata - metala u elementarnom stanju (Fe, Cu, Mg, Cr i dr) i gasova (H2, O2, N2 ,Cl2) je uvek jednaka nuli.
Energetski profil egzotermne reakcije
Hr<0 - Unutrašnja energija sistema se smanjuje i sistem oslobađa toplotu - egzotermna reakcija
Primer: H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (g) ; Hr = -242 KJ mol-1
Energetski profil endotermne reakcije
Hr>0 - Sistem prima toplotu, unutrašnja energija sistema se povećava - endotermna reakcija.
Primer: 1/2 N2 (g) + 1/2 O2 (g) NO (g) ; Hr = + 90,4 KJ mol-1
Primer izračunavanja promene Etalpije reakcije (Hr)
Zadaci iz Praktikuma
1. Na osnovu toplote nastajanja gasovitog ugljen-dioksida (Hfo(CO2(g)) = - 393,5 kJ/mol) i termohemijske jednačine:
C(grafit) + 2 N2O(g) CO2(g) + 2 N2(g)
Hr o = - 557,5 kJ/mol. Izračunati toplotu nastajanja N2O(g).
Podaci:
Hfo(CO2(g)) = - 393,5 kJ/mol
Hr o = - 557,5 kJ/mol.
Hfo(N2O(g)) =?
Na osnovu prethodnog primera, datih podataka u zadatku i izračunavanju promene entalpije reakcije imamo sledeće:
Hro = Hf o proizvoda - Hf o reaktanata
Hro = Hfo(CO2(g)) + 2 Hfo(N2(g)) – (Hfo(C (grafit)) + 2 Hfo(N2O(g)))
Kako je Hfo(N2(g)) = 0 i Hfo(C (grafit)) = 0 , zamenom podataka u gornjem izrazu dobijamo:
Hro = - 393,5 kJ/mol + 2· 0 – ( 0 + 2 ·Hfo(N2O(g)))
Hro = - 393,5 kJ/mol - 2 ·Hfo(N2O(g))
- 557,5 kJ/mol = - 393,5 kJ/mol - 2 ·Hfo(N2O(g))
- 2 ·Hfo(N2O(g)) = - 557,5 kJ/mol + 393,5 kJ/mol
- 2 ·Hfo(N2O(g)) = -164 kJ/mol
Hfo(N2O(g)) = -164 kJ/mol/-2
Hfo(N2O(g)) = 82 kJ/mol
2. Odrediti standardnu promenu entalpije Hro reakcije sagorevanja metana:
CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g)
ako su entalpije nastajanja CO2 (g), H2O (g) i CH4 (g): Hfo(CO2) = -393,5kJ/mol, Hfo(H2O) = - 241,8 kJ/mol, Hfo(CH4) = - 74,9 kJ/mol.
Dato je: Traži se:
Hfo(CO2) = -393,5kJ/mol, Hro = ?
Hfo(H2O) = - 241,8 kJ/mol,
Hfo(CH4) = - 74,9 kJ/mol.
Hro = Hf o proizvoda - Hf o reaktanata
Hro = Hfo(CO2) + 2· Hfo(H2O) – (Hfo(CH4) + 2 ·Hfo(O2))
Hro = -393,5kJ/mol + 2 · - 241,8 kJ/mol – (- 74,9 kJ/mol + 2 ·0)
Hro = -393,5kJ/mol + 2 · - 241,8 kJ/mol + 74,9 kJ/mol
Hro = -802,26 kJ/mol
3. Odrediti standardnu promenu entalpije Hro reakcije termičke disocijacije amonijum-hlorida:
NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)
ako su date standardne entalpije formiranja jedinjenja NH4Cl(s), NH3(g) i HCl(g): Hf0 (NH4Cl) = -315,6kJ/mol, Hf 0 (NH3) = - 46,0 kJ/mol, Hf 0 (HCl) = - 92,5 kJ/mol.
Dato je: Traži se:
Hf0 (NH4Cl) = -315,6kJ/mol, Hro = ?
Hf 0 (NH3) = - 46,0 kJ/mol,
Hf 0 (HCl) = - 92,5 kJ/mol.
Hro = Hf o proizvoda - Hf o reaktanata
Hro = Hf 0 (NH3) + Hf 0 (HCl) - Hf0 (NH4Cl)
Hro = - 46,0 kJ/mol + (- 92,5 kJ/mol) – (-315,6kJ/mol)
Hro = 177,1 kJ/mol
4. Da li je reakcija rastvaranja hlorovodonika u vodi egzotermna ili endotermna i kolika je toplota rastvaranja hlorovodonika? Reakciju rastvaranja HCl u vodi možemo prikazati sledećom jednačinom:
HCl(g) + aq HCl(aq).
Entalpija stvaranja HCl(g) jednaka Hf0 = - 92,3 kJ mol-1, a od HCl(aq) je Hf0 = - 167,2 kJ mol-1.
Dato je: Traži se:
Hf0 (HCl(g)) = - 92,3 kJ/mol, Hro = ?
Hf0 (HCl(aq)) = - 167,2 kJ/mol,
Hro = Hf o proizvoda - Hf o reaktanata
Hro = Hf0 (HCl(aq)) – (Hf0 (HCl(g))
Hro = - 167,2 kJ/mol – (- 92,3 kJ/mol)
Hro = - 74,9 kJ/mol Reakcija je egzotermna
5. Izračunati energiju koju kao toplotu treba dodati da bi se podigla temperatura 14,4 kg vode sa 18oC na 60oC, pri konstantnom pritisku uz pretpostavku da ne dolazi do odavanja toplote okolini. U datom temperaturnom opsegu: Cp(H2O)=4186 J/Kkg.
m = 14,4 kg
t1 = 18oC
t2 = 60oC
Cp(H2O)=4186 J/Kkg
Q = ?
Kako je prema I Zakonu termodinamike
Qp = m ·Cp ·T
Gde je :
Specifična toplota supstance (Cp) - količina toplote potrebna da povisi temperaturu 1 g supstance za 1 K (1oC) (za H2O(298 K) = 4186 J/K kg, odnosno 4,186 kJ/kg K). Za 1 mol vode (18 g) = 4186 J/K 18 10-3 kg = 75,3 J/Kmol.
Za naše podatke, tražena količina toplote je:
Qp = m ·Cp ·T = m· Cp · (t2-t1)
Qp = 14,4 kg · 4186 J/K kg · (60 oC - 18oC)
Qp = 2531,692 J/K kg
6. Izračunati količinu toplote koja je potrebna da bi se, pri konstantnom pritisku, podigla temperatura 125 mol vode sa 20oC na 60oC, uz pretpostavku da ne dolazi do odavanja toplote okolini. U datom temperaturnom opsegu: Cp(H2O)= 75,3 J/Kmol.
n = 125 mol
t1 = 20oC
t2 = 60oC
Cp(H2O) = 75,3 J/Kmol
Q = ?
Qp = n ·Cp ·T = n· Cp · (t2-t1)
Qp = 125 mol · 75,3 J/Kmol · (60 oC - 20oC)
Qp =376,500 J/K mol
Entropija sistema
Na osnovu ovih zakonitosti možemo uraditi zadatake 7 i 8
7. U svakom od navedenih parova označiti koja će supstanca imati veću apsolutnu entropiju.
a)1 mol Ar(g) na 25 K; b) 1 mol Ar g) na 25˚C - Entropija se povećava sa povećanjem temperature. Imamo isti br. molova argona koji je na različitim temperaturama, pa je njegova entropija veća na 25 celzijusa
a) 1 mol H2O(g) na 8˚C; b) 1 mol H2O(l) na 8˚C – Entropije gasova su veće nego tečnosti. Gasovita stanja imaju veću neuređenost sistema
a)1 mol HCl(g) na 25˚C; b) 1 mol CCl4(g) na 25˚C – Entropija se povećava sa povećanjem broja atoma koji grade molekul. CCl4 u molekulu ima 5 atoma, za razliku od HCl koji ima samo 2 atoma, a istog su agregatnog stanja.
8. Za svaku od navedenih reakcija označiti da li je promena entropije sistema pozitivna ili negativna:
H2O(l) H2O(g) Pozitivna (sistem prelazi iz tečnog u gasovito stanje , odnosno teži ka neuređenosti S2>S1 tj. ΔS>0)
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) Pozitivna (sistem teži ka neuređenosti, jer iz jedne čvrste supstance nastaju dve, jedna čvrsta a druga gasovita S2>S1 tj. ΔS>0)
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) Negativna (sistem teži ka uređenosti, jer iz dve gasovite supstance nastaje jedna gasovita supstanca S2<S1 tj. ΔS<0)
N2(g) + O2(g) 2 NO(g) Sistem je u ravnoteži (i sa leve i sa desne strane hemijske jednačine se nalazi isti broj gasovitih molekula ΔS ≈ O)
e) Ag+(aq) + Cl-(aq) AgCl(s) Negativna (pošto dva jona u akvatizovanom stanju formiraju čvrstu supstancu sistem teži ka uređenosti S2<S1 tj. ΔS<0)
Tags: entalpija (h), hcl(aq). entalpija, termohemija, vežba, oslobođene, entalpija, količina