TERMOCHIMIE

TERMOCHIMIETERMOCHIMIE

MODELE DE PROBLEME REZOLVATE

CALDURA DE REACŢIE- APLICAŢII

 

Aceastã lucrare conţine modele de probleme rezolvate de chimie, privind calcularea cãldurii standard de reacţie din: cãldura standard de formare; legea lui Hess; din energia de legãturã  ( în condiţii standard); mãsuratã experimental utilizând calorimetrul. Se adreseazã: elevilor care urmeazã filiera teoreticã şi filiera tehnologicã a liceului; studenţilor chimişti şi celor interesaţi de chimie. Am prins şi probleme cu un grad de dificultate mai ridicat, pentru pregãtirea concursurilor de chimie. Lucrarea reprezintã punctul meu de vedere în rezolvarea acestor probleme, printre alte variante posibile. Am încercat sã respect terminologia chimicã în vigoare. Este o activitate de voluntariat, in cadrul asociatiei „Raza Sperantei din Ardeal”.

La bibliografie am ales:

1.      Marilena Şerban, Felicia Nuţã, Chimie, Manual pentru clasa a X-a, C1, Editura Niculescu, 2000

2.      Olga Petrescu, Adrian – Mihail Stadler, Chimie anorganicã şi Chimie fizicã, teste şi probleme autoevaluare-bacalaureat-olimpiade-admitere la facultate, Editura Aramis.

  

PROBLEME REZOLVATE

I Bibliografie

Marilena Şerban, Felicia Nuţã, Chimie, Manual pentru clasa a X-a, C1, Editura Niculescu, 2000

1.2/ pag 33. Se dã ecuaţia termochimicã:

CH4 (g) + 2O2 (g)   ⇒  CO2 (g)  + 2 H2O (g) + 802,2KJ

a.Ce cantitate de cãldurã se obţine când din reacţie rezultã 2 moli de CO2 ?

b Ce cantitate de cãldurã se obţine la arderea unui m3 CH4 ?

c Câte grame de apã se pot încãlzi de la 00 C la 100 0C prin arderea unui mol de metan?

 Se cunosc:

∆ H0r = 802,2 kJ- cãldura standard de reacţie / 1 mol din fiecare reactant, produs de reacţie

ν = numãrul de moli CO2 =2 moli

ν = numãrul de moli CH4 = 1mol

V   CH4 = 1 m3 = 1000 l

t in= 00 C apã ( înainte de încãlzire)

t fin = 1000 C apã ( dupã încãlzire)

Cãldura specificã a apei=1 cal/g. grad C 

Nu se cunosc:

a.Q (kJ) pentru 2 moli CO2 =?

b. Q (kJ) pentru 1 m3 CH4 = ?

c. m apã încãlzitã ?  

Rezolvare

a)Se calculeazã cantitatea de cãldurã consumatã pentru 2 moli de CO2, cunoscând din ecuaţia termochimicã entalpia standard de reacţie de 802,2 kJ pentru fiecare  mol reactant / produs de reacţie:

1 mol de CO2………………………… 802,2 kJ

2 moli de CO2……………………x

X =2×802,2 = 1604,4 kJ

b)Se calculeazã dupã modelul de mai sus, cantitatea de cãldurã degajatã, în funcţie de 1 m3 de CH4 :

(1 mol CH4) 22,4 l…………………….802,2 kJ

1m3 = 1000 l……………………………Y

Y = 1000×802,2 / 22,4 = 35812,5 kJ

Avem relaţia:

∆ H = Q / ν               ν = numãrul de moli

c)Se calculeazã masa de apã, plecând de la observaţia:

1 mol CH4degajã la ardere….802,2 kJ …. care vor încãlzi Z g apã de la 00C la 1000C

∆ H0r = 802,2 kJ = Q încãlzire H2O = mc ∆t

m = masa de apã = X (g)

∆t= tfin-tin=100-0 =1000 C

c specificã la apã = 1 cal/g.0C = 4,186 J / ( g. 0C)

802,2 x1000 J = m apã (g) x 4,186 (J / g x0 C) x 100 0 C

m  =  802,2 x1000 / 4,186 x 100  = 1916,38 g

R: a) 1604,4 kJ; b) 35,812 kJ; c) 19616,38 g

 

2/12/pag 39 Calculaţi H0r  şi specificaţi natura termicã a urmãtoarei reacţii:

2 Mg (s) + CO2 (g)   ⇒   2 MgO (s) +  C (grafit)

Rezolvare

1. Se aplicã relaţia de calculare a entalpiei standard de reacţie din entalpiile standard de formare ale celor patru substanţe:

∆ H0r  = [ν 3 ∆ H0f ( MgO) +  ν 4  ∆ H0(C grafit) ] – [ν 1 ∆ H0 f (Mg)  + ν 2  ∆ H0f  (CO2)]

ν 1= numãr de moli de Mg= 2; ν 2= numãr de moli de CO2= 1;

ν 3= numãr de moli de MgO= 2; ν 4= numãr de moli de C grafit = 1

2. Se iau valorile pentru  ∆ H0f , din tabelul cu valorile entalpiilor standard de formare. Prin convenţie, substanţele elementare au entalpii standard de formare egale cu zero.Condiţii standard de formare sunt: 298 K şi 1 atm.

3.Se înlocuiesc în relaţia matematicã de la pct 1.

∆ H0r  = [ 2mol x(-601,8 kJ / mol) + 1mol x (0 kJ / mol) ] – [ 2mol x( 0 kJ / mol) + 1 molx

(-393,5 kJ/ mol) ] = -810,1 kJ                                                                                                                                                       R = 810,1 kJ

 

3/ 8/ pag 41 La neutralizarea completã a 200 ml soluţie de HCL cu soluţie KOH se degajã 4547,8 J . Ecuaţia reacţiei de neutralizare este:

KOH (aq) +  HCl (aq)  ⇒  KCl (aq)  + H2 O (l)

∆ H0r  = -56,9 kJ / mol

Calculaţi concentraţia molarã a soluţiei de acid clorhidric.

Se cunosc:

Vs HCl = 200 ml= 0,2 L

M HCl= 36,5

∆ H0r  = -56,9 kJ / mol

Q = 4547, 8 J

Nu se cunosc:

Masa de HCl dizolvatã = ?

ν = numãrul de moli HCl = ?

CM  HCL = ? ( mol / L)

Rezolvare

1.Calculãm numãrul de moli de HCl din 200 ml de concentraţie molarã CM , cu expresia matematicã :

C= md / Mx Vs ( mol HCl / L) = ν / Vs ;    ν = md / M

ν = CM  x Vs 

2.Calculãm cãldura degajatã pentru numãrul de moli de HCl de mai sus:

1 mol de HCl  reacţioneazã cu NaOH,   degajând     56,9 kJ

ν ( CM x Vs ) HCl  reacţioneazã cu NaOH, degajând   4547, 8 kJ

ν = 1 molx4547,8 J / 56,9 Jx 1000 = 0,08 moli

sau Q = ν x ∆ H0r 

3. Se calculeazã concentraţia molarã:

C= md / Mx Vs ( mol HCl / L) = ν / Vs

C= 0,08 / 0,2 = 0,4 moli

 R: 0,4 moli

4/ 9/ pag.41 La obţinerea a 48 EO2 din elemente se degajã 678,8 kJ.

Dacã H0f (EO2 ) = – 848,5 kJ / mol, care este masa atomicã a elementului E ?

Rezolvare

1.Se scrie reacţia chimicã dintre E şi O2:

ν 1 E + ν 2 O2  =  ν3 EO2

Se va calcula masa atomicã a elementului E din expresia matematicã de calculare a cãldurii standard de reacţie dintre E şi O2 cu entalpiile standard de formare ale celor patru substanţe:

H0r=[ν1(molEO2) H0fEO2] – [ν2(molE) x H0fkJ/mol + ν4(molO2) x   H0f kJ / mol]

678,8  = ν1 mol EO2 x (-848,5 kJ/ mol) 

ν = 678,8 / 848,5 = 0,8

2.Se calculeazã masa molecularã a compusului EO2 şi apoi masa atomicã a elementului E:

ν = m / M; M = m / ν ;  M = 48 / 0,8 = 60

M EO2 = A E + 2 AO2  ;  60 = AE + 2×16 ;  A E = 60-32= 28 g/ mol

R : 28 g /mol

 

II Bibliografie

Olga Petrescu, Adrian – Mihail Stadler, Chimie anorganicã şi Chimie fizicã, teste şi probleme autoevaluare-bacalaureat-olimpiade-admitere la facultate, Editura Aramis.

 

1/ 1/ pag.77 a)Care este cantitatea de cãldurã degajatã la arderea a 4 m3 de metan (c.n.), dupã reacţia:

CH4 (g)  + 2 O2 (g)  = CO2 (g)  + 2 H2 O (g)

Ştiind cã:

H0f (CH(g)) = -17,889 kcal/mol

H0f (CO(g)) = -94,052 kcal/mol

H0f (H2O  (g)) = -57,798 kcal/mol

b) Dioxidul de carbon rezultat din aceastã reacţie reacţioneazã cu o soluţie de hidroxid de calciu. Care este masa de precipitat care se obţine?

Rezolvare

a)Cantitatea de cãldurã degajatã ?

1.Se calculeazã entalpia standard de reacţie din entalpiile standard de formare ale celor patru substanţe, din reacţia datã:

H0r=[ν1(molCO2) x H0f    CO2 + ν2(mol H2O)xH0fkJ/mol]–[ν3(mol CH4)x   H0f kJ / mol +ν4(mol O2)x   H0f kJ/ mol]

H0r =[ -94,052 + 2(-57,798)] – [-17,889] = -191,759 kJ

2.Se calculeazã numãrul de moli CH4 şi apoi cantitatea de cãldurã degajatã la arderea a 4 m3 de CH4 din proporţia de mai jos:

 ν = m / M = V/22,4 =numãr de moli

ν = 4×1000/ 22,4 = 178,57 moli CH4

1 mol CH4    degajã  la ardere    191, 759 kJ

178,57 moliCH4  degajã la ardere    X

X = 178,57 x 191,759 / 1 = 34242,67 kJ

b) Masa de precipitat rezultat ?

Se scrie reacţia chimicã dintre CO2 şi CaCO3 şi se pun în reacţie sub formulele chimice masele moleculare, iar pe reacţie se trec masele de CO2 şi necunoscuta de CaCO3 :

178,57×44                   Y

CO2 + Ca(OH)2   ⇒  CaCO3 ↓ + H2

  44                              100

Y = 178,57 x 44 x 100 / 44= 17857 g = 17, 857 Kg

R; 34242,67 kJ; 17, 857 Kg

 

2/ 31/ pag 103

a)Se cunosc reacţiile (T= 298 K):

H2 (g) + Cl2 (g)  = 2HCl(g)          H = -185 kJ                                            

2H2(g) + O2 (g) =  2 H2 O (g)      H = -484 kJ

Entalpia de ardere a unui mol de HCl(g) cu O2(g), dupã reacţia de mai jos (T=298K):

4HC(g) + O2(g) = 2 H2O(g) + 2 Cl2(g)

are valoarea (în kJ/mol): a)114; b) 28,5; c) -28,5; d)-114;e) -370

Rezolvare:

Se aplicã legea lui Hess; “ecuaţiile termochimice suportã toate calculele algebrice”. [i]

Observãm cã sunt 3 reacţii; vom efectua calculul: 2x Reacţia 1- reacţia 2, pentru a ajunge la reacţia 3:

2x[H2 (g) + Cl2 (g)  = 2HCl(g) ] – [ 2H2(g) + O2 (g) = 2 H2 O(g)]

 2H2+2Cl2 -2H2– O2 =4HCl -2H2O

2Cl2 (g) + 2 H2O(g)  = 4 HCl (g)  + O2 (g)

2x (-185kJ) – ( -484 kJ) = 114 kJ

Reacţia inversã are H= -114 kJ.

Rãspunsul este: d.

   b) Entalpia de formare a unui mol de dioxid de sulf din S(s) şi O2(g) este de -289,7 kJ / mol. Prin arderea a 15 g de sulf se elibereazã: a)2715,9kJ; b)135,79 kJ;c)271,59 kJ;d)650 kJ;   e)149,5 kJ

Rezolvare

 1. S(s) + O2(g) ⇒ SO2(g) + 289,7 kJ/mol

A S = 32 g/mol;

2.Calculãm cãldura de reacţie:

1mol de S are are 32 g/mol    consumã……….298,7 kJ/ mol

Atunci                 15 g            consumã………….X kJ

X = 15g x 289,7 kJ / mol /  32 g / mol = 135, 79 kJ

Rãspuns: b    

c) Un cub de platinã cu latura de 0,5 cm ( ρPt =22,07 g/cm3 şi c(cãldura specificã) este          0,12 J/ gxC) se încãlzeşte de la 100C la 950C. Care este cantitatea de cãldurã necesarã încãlzirii? Dar volumul de H2(c.n.), dacã se ştie cã H are valoarea (-286 kJ/ mol) pentru reacţia

H2 (g) + ½ O2(g) ⇒ H2O (g)

Alege rãspunsul corect: a)40J, 8L; b)28,14J;2,2 L;c)35,4 J; 2,3 L; d) 28,9 J; 4L;

e) 281,4 J, 1,2 L. 

Rezolvare

1.Se calculeazã volumul cubului:

Vcub= l3cub = (0,5cm)3= 0,125 cm3

2.Se calculeazã masa cubului din densitate şi volum:

mcub= ρPt xV cub = 22,07 g / cm3 x 0,125 cm3= 2,76 g Pt

3. Se calculeazã Q (cantitatea de cãldurã kJ) cu relaţia:

Q = m . c .∆t

.∆t = t2 – t 1= 95-10 = 85 0C

Q=2,76g x 0,12 J/ g x C x 85 0 C = 28,14 J

3. Se calculeazã volumul de hidrogen(c.n.) care se poate încãlzi cu aceastã cantitate de cãldurã (28,14J), cu urmãtoarele relaţii:

Q încãlzire Pt = Q încãlzire H2

Q încãlzire H2 (J) = ϒ moli H2 x H

ϒ moli H2 =  m / M= V / 22,4

28,14 J = ( V / 22,4 ) x 286. 103 J

V= 22,4 L

Rãspunsul este: b

d) Care este entalpia reacţiei de formare a propanului din elemente:

3C(s) + 4 H2 (g) ⇒ C3H8(g)

Dacã se cunosc: E C-C (grafit) =717,7 kJ / mol      EH-H = 431,58 kJ / mol

                             EC-C =334,4 kJ / mol                     E C_H  = 413,8 kJ /mol

H0f = ∑ n’ H 0 legaturi desfacute – ∑n’H0 legaturi formate

n’ = numãr de legãturi desfãcute/ formate

Se desfac: 3 legãturi C-C din grafit şi 4 legãturi H-H

Se formeazã în propan: 2legãturi C-C şi 8 legãturi C-H

H0f  = [ 3×717,7 + 4×431,58] –[ 2×334,4 +8×413,8] = 2153,1 + 1726,32 – 668,8 – 3310,4=

-99,78 kJ / mol.

 R: -99,78 kJ / mol


[i]Marilena Şerban, Felicia Nuţã, Chimie, Manual pentru clasa a X-a, C1, Editura Niculescu, 2000

 

 

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s