51 - Υπολογισμός θερμότητας αντίδρασης

Τπολογιςμόσ κερμότθτασ αντίδραςθσ

Γουρηισ ΢τάκθσ – Φυςικόσ ΢υνεργάτθσ ΕΚΦΕ Λευκάδοσ 2008 – 2011 Εργαςτιριο Φυςικϊν Επιςτθμϊν 2ου Λυκείου Λευκάδοσ

Οη αληηδράζεης ποσ ειεσζερώλοσλ ελέργεηα σπό κορθή ζερκόηεηας ζηο περηβάιιολ ολοκάδοληαη εξώθεπμερ, ελώ οη αληηδράζεης ποσ απορροθούλ ελέργεηα σπό κορθή ζερκόηεηας από ηο περηβάιιολ ολοκάδοληαη ενδόθεπμερ.

Θεπμόηηηα είλαη ε ελέργεηα ποσ κεηαθέρεηαη από έλα ζύζηεκα ζ’ έλα άιιο, ιόγω δηαθοράς ζερκοθραζίας. Η ζερκόηεηα κεηρηέηαη ζε κολάδες ελέργεηας, όπως είλαη : 1 kJ = 103 J --- 1 kcal =103 cal --- 1 kcal = 4,184 kJ ( ΢χολικό βιβλίο Χθμείασ Βϋ Λυκείου Θετικισ Κατεφκυνςθσ – ςελ. 50 )

Σύζηημα είλαη ο τώρος ποσ γίλεηαη ε αληίδραζε. Οηηδήποηε άιιο εθηός ασηού ολοκάδεηαη πεπιβάλλον.

Θεπμοκπαζία είλαη ηο κέηρο θίλεζες ηωλ δοκηθώλ κολάδωλ ηες ύιες π.τ. ηωλ κορίωλ.

( ΢χολικό βιβλίο Χθμείασ Βϋ Λυκείου Θετικισ Κατεφκυνςθσ – ςελ. 50 )

Η κεηαβοιή ηες ελζαιπίας ΔΗ ηζούηαη κε ηο απορροθούκελο ή εθισόκελο ποζό ζερκόηεηας q, εθόζολ ε αληίδραζε πραγκαηοποηείηαη σπό ζηαζερή πίεζε.

( ΢χολικό βιβλίο Χθμείασ Βϋ Λυκείου Θετικισ Κατεφκυνςθσ – ςελ. 52 )

΢το πείραμα αυτό κα μετριςουμε τθν κερμότθτα Q που εκλφεται από μια εξϊκερμθ χθμικι αντίδραςθ. Αυτό κα το πετφχουμε υπολογίηοντασ πρϊτα με το θλεκτρονικό κερμόμετρο του εργαςτθρίου, τθν διαφορά κερμοκραςίασ ΔΣ, πριν και μετά τθν χθμικι αντίδραςθ. Υςτερα κα χρθςιμοποιιςουμε τον τφπο Q = m . c . ΔΣ, που λζγεται και εξίςωςθ τθσ κερμιδομετρίασ.

Q = κερμότθτα αντίδραςθσ m = μάηα νεροφ C νεροφ

= ειδικι κερμοχωρθτικότθτα νεροφ 4,18 J . g -1 οC-1 ( ςε υγρι μορφι )

C γυαλιοφ = ειδικι κερμοχωρθτικότθτα γυαλιοφ 0,78 J . g -1 οC-1 ΔΣ = Διαφορά κερμοκραςίασ

Θα μετριςουμε τθν κερμοκραςία Σ και κα υπολογίςουμε τθν κερμότθτα Q ςε τρεισ χθμικζσ αντιδράςεισ.

Όλα τα πλαίςια είναι από τον εργαςτθριακό οδθγό Χθμείασ τθσ Β’ Λυκείου Γενικισ Παιδείασ

1) Πρϊτα κα διαλφςουμε μια ποςότθτα NaOH ςε νερό, χρθςιμοποιϊντασ αντί για κερμιδόμετρο, μια γυάλινθ κωνικι φιάλθ. Για αυτό τον λόγο κα υποκζςουμε ότι και θ μάηα του γυαλιοφ τθσ φιάλθσ απορροφά μια ποςότθτα κερμότθτασ, και μάλιςτα με ομοιόμορφο τρόπο ςε όλθ τθσ τθν ζκταςθ.

Θα χρθςιμοποιιςουμε το θλεκτρονικό κερμόμετρο …

Η κερμοκραςία του νεροφ, πριν ρίξουμε το NaOH, είναι κ αρχ = 26,3 οC

Η κερμοκραςία του διαλφματοσ, μετά το ανακάτεμα με το NaOH, είναι κ τελ = 28,7 οC

Θεωρούκε όηη ηόζο ηο λερό, όζο θαη οιόθιερε ε κάδα ηες θηάιες, απορροθά ηο ζύλοιο ηες ζερκόηεηας ποσ εθιύεηαη. Έηζη, αθού σποζέηοσκε όηη δελ έτοσκε δηαρροή ζερκόηεηας προς ηο περηβάιιολ, σποιογίδοσκε 2 θορές ηελ ζερκόηεηα, αλάιογα κε ηο σιηθό : Q λερού = ζερκόηεηα αληίδραζες γηα ηο λερό m λερού = κάδα λερού 200 g c λερού = εηδηθή ζερκοτωρεηηθόηεηα λερού 4,18 J . g -1 οC-1 ΔΤ = Δηαθορά ζερκοθραζίας

( ζε σγρή κορθή )

Q λερού = mλερού c λερού ΔΤ = 200 x 4,18 x ( 28,7 - 26,3 ) = 2006,4 J

Q γσαιηού m γσαιηού c γσαιηού ΔΤ

= ζερκόηεηα αληίδραζες γηα ηο γσαιί = κάδα γσαιηού 128,4 g = εηδηθή ζερκοτωρεηηθόηεηα γσαιηού 0,78 J . g -1 οC-1 = Δηαθορά ζερκοθραζίας

Q γσαιηού = m γσαιηού c γσαιηού ΔΤ = 128,4 x 0,78 x (28,7-26,3) = 240,3648 J

Q = Q λερού + Q γσαιηού = 2006,4 + 240,3648 = 2246,7648 J Η ζερκόηεηα ασηή αληηζηοητεί ζηα 0,05 moles NaOH ( 2 g ) Γηα 1 mole NaOH, προθύπηεη ( X 20 ) Q = 44935,296 J

δειαδή ΔΗ = - 44935,296 J

2) ΢τθ δεφτερθ αντίδραςθ κα διαλφςουμε πάλι μια ποςότθτα NaOH, αλλά αυτι τθ φορά ςε διάλυμα HCL, χρθςιμοποιϊντασ πάλι αντί για κερμιδόμετρο, άλλθ γυάλινθ κωνικι φιάλθ.

Παραςκευάηουμε διάλυμα HCl 200 ml 0,5 Μ …

HCl 100 ml 1 Μ = 8,3 ml HCl 200 ml 1 Μ = 16,6 ml HCl 200 ml 0,5 Μ = 8,3 ml

Προςκζτουμε ςτθν κωνικι φιάλθ το διάλυμα του HCl και μετράμε τθ κερμοκραςία …

Η κερμοκραςία του HCl, πριν ρίξουμε το NaOH, είναι κ αρχ = 25,1 οC

Ρίχνουμε το NaOH και ανακατεφουμε …

Η κερμοκραςία του διαλφματοσ, μετά το ανακάτεμα με το NaOH, είναι κ τελ = 32,8 οC

Καη εδώ ζα ζεωρήζοσκε όηη ηόζο ηο λερό, όζο θαη οιόθιερε ε κάδα ηες θηάιες, απορροθά ηο ζύλοιο ηες ζερκόηεηας ποσ εθιύεηαη. Έηζη, αθού σποζέηοσκε όηη δελ έτοσκε δηαρροή ζερκόηεηας προς ηο περηβάιιολ, σποιογίδοσκε 2 θορές ηελ ζερκόηεηα, αλάιογα κε ηο σιηθό : Q λερού = ζερκόηεηα αληίδραζες γηα ηο λερό m λερού = κάδα λερού 200 g c λερού = εηδηθή ζερκοτωρεηηθόηεηα λερού 4,18 J . g -1 οC-1 ΔΤ = Δηαθορά ζερκοθραζίας

( ζε σγρή κορθή )

Q λερού = mλερού c λερού ΔΤ = 200 x 4,18 x ( 32,8 - 25,1 ) = 6437,2 J

Q γσαιηού m γσαιηού c γσαιηού ΔΤ

= ζερκόηεηα αληίδραζες γηα ηο γσαιί = κάδα γσαιηού 127,0 g = εηδηθή ζερκοτωρεηηθόηεηα γσαιηού 0,78 J . g -1 οC-1 = Δηαθορά ζερκοθραζίας

Q γσαιηού = m γσαιηού c γσαιηού ΔΤ = 127,0 x 0,78 x (32,8 - 25,1) = 762,762 J

Q = Q λερού + Q γσαιηού = 6437,2 + 762,762 = 7199,962 J Η ζερκόηεηα ασηή αληηζηοητεί ζηα 0,05 moles NaOH ( 2 g ) Γηα 1 mole NaOH, προθύπηεη ( X 20 ) Q = 143999,24 J

δειαδή ΔΗ = - 143999,24 J

3) ΢τθν τρίτθ αντίδραςθ κα ανακατζψουμε διάλυμα NaOH με διάλυμα HCL, αλλά αυτι τθ φορά κα χρθςιμοποιιςουμε ζνα ποτιρι από φελιηόλ, που μπορεί να κεωρθκεί ωσ ζνα αρκετά αξιόπιςτο πρόχειρο κερμιδόμετρο.

Παραςκευάηουμε διάλυμα NaOH 100 ml 0,5 Μ …

Προςκζτουμε ςτθν κωνικι φιάλθ το διάλυμα του HCl και μετράμε τθ κερμοκραςία …

Η κερμοκραςία του HCl, πριν ρίξουμε το NaOH, είναι κ αρχ = 26,9 οC

Ρίχνουμε το NaOH και ανακατεφουμε …

Η κερμοκραςία του διαλφματοσ, μετά το ανακάτεμα με το NaOH, είναι κ τελ = 29,9 οC

Eδώ ζα ζεωρήζοσκε όηη όιε ε ζερκόηεηα απορροθάηαη από ηο δηάισκα θαη έηζη, αθού επηπιέολ σποζέηοσκε όηη δελ έτοσκε δηαρροή ζερκόηεηας προς ηο περηβάιιολ ιόγω θαη ηοσ θειηδόι, σποιογίδοσκε ηελ ζερκόηεηα κόλο γηα ηο λερό : Q λερού = ζερκόηεηα αληίδραζες γηα ηο λερό m λερού = κάδα λερού 200 g c λερού = εηδηθή ζερκοτωρεηηθόηεηα λερού 4,18 J . g -1 οC-1 ΔΤ = Δηαθορά ζερκοθραζίας

( ζε σγρή κορθή )

Q λερού = mλερού c λερού ΔΤ = 200 x 4,18 x ( 29,9 - 26,9 ) = 2508 J

Η ζερκόηεηα ασηή αληηζηοητεί ζηα 0,05 moles NaOH ( 2 g )

Γηα 1 mole NaOH, προθύπηεη ( X 20 ) Q = 50160 J

δειαδή ΔΗ = - 50160 J

… τζλοσ υπολογιςμϊν …