Μίγματα - θερμοχημεία

Ασκήσεις με μίγματα και ποσά θερμότητας

Δημήτρης Μεϊντάνης Χημικός

Παράδειγμα 1ο Ένα μίγμα αερίων έχει μάζα m=10g και αποτελείται από CH4 και C3H6 . Το μίγμα αυτό καίγεται πλήρως και δίνει ποσό θερμότητας 290kJ.Να βρεθεί η σύσταση του μίγματος και ο όγκος του CO2 που παράγεται σε stp. Δίνονται: ΔΗc (CH4)=-850kJ/mol και ΔΗc (C3H6)=-1025kJ/mol

Στρατηγική • Δεν γνωρίζουμε τις ποσότητες του κάθε συστατικού στο μίγμα άρα: CH4

x mol

C3H6

ψ mol

m=10g

Δημιουργούμε μια εξίσωση με τη μάζα του μίγματος και τα mol του κάθε συστατικού

mμίγματος =mCH4 + mC3H6 10g=x16+ ψ42 (1)

2η σκέψη •

Πρέπει να δημιουργήσουμε και άλλη μια εξίσωση με τα x,ψ για να λύσουμε ένα σύστημα και να βρούμε τη σύσταση του μίγματος.

• Πρέπει να εκμεταλλευτούμε και το συνολικό ποσό θερμότητας που εκλύει η αντίδραση.

• ΔΗ ολ = ΔΗ1 + ΔΗ2 • Πως θα φτάσουμε σ’ αυτήν την εξίσωση ; • Προφανώς από τη στοιχειομετρία που εφαρμόζουμε στις θερμοχημικές αντιδράσεις.

Στοιχειομετρία CH4 + 2 O2

CO2 + 2H2O ΔΗ=-850kJ

1mol

ΔΗ=-850kJ

x mol

ΔΗ1=-850 x kJ

C3H6 + 9/2 O2

3CO2+3H2O ΔΗ=-1025kJ

1mol

ΔΗ=-1025kJ

ψ mol

ΔΗ2=-1025ψ kJ

Άρα συνολικά το ποσό θερμότητας: ΔΗολ =ΔΗ1+ΔΗ2 ή -290kj= -850x-1025ψ (2)

Λύση !

• Από τις εξισώσεις (1) και (2) προκύπτει • X=0,1 mol και ψ=0,2mol • mCH4 =x 16 =1,6g και m C3H6 =10-1,6 =8,4g

• Πρέπει να βρούμε και τον όγκο του CO2 που παράγεται από τις δύο καύσεις Πως; • Επιστρέφουμε στη στοιχειομετρία: Πίσω στη σελίδα 5

Στοιχειομετρία για το VCO2 CH4 + 2 O2

CO2 + 2H2O ΔΗ=-850kJ

1mol

1 mol

ΔΗ=-850kJ

x mol

x mol

ΔΗ1=-850 x kJ

C3H6 + 9/2 O2

3CO2+3H2O ΔΗ=-1025kJ

1mol

3mol

ΔΗ=-1025kJ

ψ mol

3ψ mol

ΔΗ2=-1025ψ kJ

Άρα συνολικά τα mol του CO2 είναι x+3ψ=0,1+0,6=0,7mol Vstp=n 22,4= 0,7 22,4 =15.68L CO2 σε stp.

2η Άσκηση στα μίγματα Ένα αέριο μίγμα αποτελείται από Cl2 και I2. Ποια η αναλογία όγκων που πρέπει να έχουν τα συστατικά του μίγματος έτσι ώστε όταν αυτό αντιδράσει πλήρως με Η2 να μην παρατηρηθεί θερμική μεταβολή ; Δίνονται ΔΗ f (HCl)= - 120KJ/mol και ΔΗ f (HΙ)= + 60KJ/mol

Σκέψη …

•

Τι σημαίνει να μην παρατηρηθεί θερμική μεταβολή ;

• Το ολικό ποσό θερμότητας που θα ανταλλάξει με το περιβάλλον να είναι ίσο με το ΜΗΔΕΝ •

δηλ Qολ

=0

• Έστω x mol του Cl2 • και ψ mol I2

Ας γράψουμε τις αντιδράσεις !!!!!!

H2 + Cl2

H2 + l2

2HCl ΔΗ = -240Κj

1mol

ΔΗ=-240Κj

x mol

ΔΗ1=-240x Κj

2Hl ΔΗ = +120Κj 1mol

ΔΗ=120Κj

ψ mol

ΔΗ2=120ψ Κj

Δεν παρατηρείται θερμική μεταβολή

Άρα ΔΗ1 + ΔΗ2 = 0 ή -240x + 120ψ = 0 ή 240x = 120ψ ή χ/ψ =1/2 ή Vcl2 / VI2 =1/2

β. Αν το μίγμα των οξέων που παράγεται διαλυθεί σε 2L νερού τότε σχηματίζονται 2L δ/τος. Το διάλυμα που σχηματίζεται εξουδετερώνεται πλήρως από υδατικό δ/μα ΚΟΗ 0,4Μ. Το ποσό θερμότητας που ελευθερώνεται στο περιβάλλον είναι 34,2KJ. Να βρεθεί η σύσταση του αρχικού μίγματος των αλογόνων σε mol και ο όγκος του δ/τος ΚΟΗ που χρησιμοποιήθηκε για την εξουδετέρωση. Δίνεται ΔΗn=-57Kj/mol

Πάμε πίσω να βρούμε τα mol !!!!

H2 + Cl2

H2 + l2

2HCl

ΔΗ = -240Κj

1mol

2 mol

x mol

2 x mol

2Hl ΔΗ = +120Κj 1mol

2 mol

ψ mol

2ψ mol

HCℓ HI

H2O

Διάλυμα HCℓ HI V=2L

Εξουδετέρωση HCl

+ ΚΟΗ

1mol

1 mol

2x mol 2 x mol

Hl

+

KCl + H2O ΔΗ = -57Κj ΔH=-57Κj ΔH3=-57 2xΚj

ΚΟΗ

Kl + H2O ΔΗ = -57Κj

1mol

1 mol

ΔH=-57Κj

2ψ mol

2 ψ mol

ΔH4=-57 2ψΚj

Ποια είναι η εξίσωση ???

Άρα ΔΗ3 + ΔΗ4 = -34,2Kj ή -114x -114ψ = -34.2 ή x +ψ =0,3 και χ/ψ =1/2 x+ 2x=0,3 ή x=0,1mol , ψ=0,2mol

Τα mol του ΚΟΗ είναι : 2x + 2ψ =0,6mol C= n/V ή V=n/C = 0,6/0,4 =1,5L

Thank you for watching !!!