Tuliskan persamaan termokimia reaksi antara CO (g) dan hidrogen yang menghasilkan pembentukan CH4 (g) dan H2O (g). Berapa kalor yang akan dilepaskan selama reaksi ini jika diperoleh 67,2 liter metana pada kondisi normal
Jawab: 618,48 kJ
Mari kita tulis persamaan reaksinya:
CO (g) + 3H 2 (g) > CH 4 (g) + H 2 O (g)
Mari kita hitung perubahan entalpi reaksi ini:
Dengan demikian, persamaannya menjadi:
CO(g) + 3H2(g) > CH4(g) + H2O(g) + 206,16 kJ
Persamaan ini berlaku untuk pembentukan 1 mol atau 22,4 liter (n.s.) metana. Ketika 67,2 liter atau 3 mol metana terbentuk, persamaannya berbentuk:
- 3CO (g) + 9H 2 (g) > 3CH 4 (g) + 3H 2 O (g) + 618,48 kJ
- 3. Entropi berkurang atau bertambah selama transisi: a) air menjadi uap; b) grafit menjadi intan? Mengapa? Hitung ?S°298 untuk setiap transformasi. Buatlah kesimpulan tentang perubahan kuantitatif entropi selama transformasi fase dan alotropik
Jawaban: a) 118,78 J/(mol K); b) - 3,25 J/(mol K)
a) Ketika air berubah menjadi uap, entropi sistem meningkat.
Pada tahun 1911, Max Planck mengajukan postulat berikut: entropi kristal zat murni yang terbentuk dengan baik pada nol mutlak adalah nol. Postulat ini dapat dijelaskan dengan termodinamika statistik, yang menyatakan bahwa entropi adalah ukuran ketidakteraturan suatu sistem pada tingkat mikro:
di mana W adalah jumlah keadaan sistem yang berbeda yang tersedia pada kondisi tertentu, atau probabilitas termodinamika keadaan makro sistem; R = 1.38.10-16 erg/derajat - Konstanta Boltzmann.
Jelaslah bahwa entropi gas jauh melebihi entropi cairan. Hal ini dikonfirmasi oleh perhitungan:
H2O(l)< H2O(г)
- ?S°untung. = 188,72 - 69,94 = 118,78 J/mol*K
- b) Ketika grafit berubah menjadi intan, entropi sistem berkurang, karena jumlah keadaan sistem yang berbeda berkurang. Hal ini dikonfirmasi oleh perhitungan:
grafik. > Salma.
S ° keuntungan. = 2,44 - 5,69 = -3,25 J/mol*K
Kesimpulan tentang perubahan kuantitatif entropi selama transformasi fase dan alotropik, karena entropi mencirikan ketidakteraturan sistem, maka selama transformasi alotropik, jika sistem menjadi lebih teratur (dalam hal ini berlian lebih keras dan lebih kuat dari grafit), maka entropi dari sistem berkurang. Selama transformasi fase: ketika suatu zat berpindah dari fase padat, cair ke fase gas, sistem menjadi kurang teratur dan entropi meningkat dan sebaliknya.
Video tutorial 2: Perhitungan menggunakan persamaan termokimia
Kuliah: Efek termal dari reaksi kimia. Persamaan termokimia
Efek termal dari reaksi kimia
Kimia panas adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari termal, yaitu. efek termal dari reaksi.
Seperti yang Anda ketahui, setiap unsur kimia memiliki jumlah energi sebanyak n. Kita menghadapi hal ini setiap hari, karena... Setiap makan, tubuh kita menyimpan energi dari senyawa kimia. Tanpa ini, kita tidak akan mempunyai kekuatan untuk bergerak atau bekerja. Energi ini mempertahankan t konstan sebesar 36,6 dalam tubuh kita.
Pada saat reaksi, energi unsur-unsur dihabiskan untuk penghancuran atau pembentukan ikatan kimia antar atom. Energi harus dikeluarkan untuk memutuskan ikatan dan dilepaskan untuk membentuknya. Dan ketika energi yang dikeluarkan lebih besar dari energi yang dikeluarkan, maka kelebihan energi yang dihasilkan berubah menjadi panas. Dengan demikian:
Pelepasan dan penyerapan panas selama reaksi kimia disebut efek termal dari reaksi, dan dilambangkan dengan huruf Q.
Reaksi eksotermik– dalam proses reaksi tersebut, panas dilepaskan, dan dipindahkan ke lingkungan.
Jenis reaksi ini mempunyai efek termal positif +Q. Sebagai contoh, mari kita ambil reaksi pembakaran metana:
Reaksi endotermik– dalam proses reaksi tersebut, panas diserap.
Jenis reaksi ini memiliki efek termal negatif -Q. Misalnya, perhatikan reaksi batu bara dan air pada suhu tinggi:
Efek termal suatu reaksi secara langsung bergantung pada suhu dan tekanan.
Persamaan termokimia
Efek termal suatu reaksi ditentukan dengan menggunakan persamaan termokimia. Apa bedanya? Dalam persamaan ini, di sebelah simbol suatu unsur, keadaan agregasinya (padat, cair, gas) ditunjukkan. Hal ini harus dilakukan karena Efek termal dari reaksi kimia dipengaruhi oleh massa suatu zat dalam keadaan agregasi. Di akhir persamaan, setelah tanda =, ditunjukkan nilai numerik efek termal dalam J atau kJ.
Sebagai contoh, disajikan persamaan reaksi yang menunjukkan pembakaran hidrogen dalam oksigen: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.
Persamaan menunjukkan bahwa 286 kJ panas dilepaskan untuk setiap 1 mol oksigen dan 1 mol air yang terbentuk. Reaksinya eksotermik. Reaksi ini mempunyai efek termal yang signifikan.
Ketika suatu senyawa terbentuk, jumlah energi yang dilepaskan atau diserap sama dengan jumlah energi yang diserap atau dilepaskan selama penguraiannya menjadi zat primer.
Hampir semua perhitungan termokimia didasarkan pada hukum termokimia – hukum Hess. Hukum tersebut diturunkan pada tahun 1840 oleh ilmuwan terkenal Rusia G. I. Hess.
Hukum dasar termokimia: efek termal suatu reaksi bergantung pada sifat dan keadaan fisik zat awal dan akhir, tetapi tidak bergantung pada jalur reaksi.
Dengan menerapkan hukum ini, efek termal dari tahap peralihan suatu reaksi dapat dihitung jika efek termal keseluruhan dari reaksi dan efek termal dari tahap peralihan lainnya diketahui.
Pengetahuan tentang efek termal suatu reaksi sangat penting secara praktis. Misalnya, ahli gizi menggunakannya saat menyiapkan pola makan yang tepat; dalam industri kimia, pengetahuan ini diperlukan ketika memanaskan reaktor dan, akhirnya, tanpa memperhitungkan efek termal, mustahil meluncurkan roket ke orbit.
| | |
Dari materi pelajaran Anda akan mempelajari persamaan reaksi kimia apa yang disebut termokimia. Pelajaran dikhususkan untuk mempelajari algoritma perhitungan persamaan reaksi termokimia.
Topik: Zat dan transformasinya
Pelajaran: Perhitungan menggunakan persamaan termokimia
Hampir semua reaksi terjadi dengan pelepasan atau penyerapan panas. Banyaknya kalor yang dilepaskan atau diserap selama suatu reaksi disebut efek termal dari reaksi kimia.
Jika efek termal ditulis dalam persamaan reaksi kimia, maka persamaan tersebut disebut termokimia.
Dalam persamaan termokimia, tidak seperti persamaan kimia biasa, keadaan agregat suatu zat (padat, cair, gas) harus ditunjukkan.
Misalnya, persamaan termokimia reaksi antara kalsium oksida dan air terlihat seperti ini:
CaO (s) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (s) + 64 kJ
Jumlah kalor Q yang dilepaskan atau diserap selama reaksi kimia sebanding dengan jumlah zat reaktan atau produk. Oleh karena itu, dengan menggunakan persamaan termokimia, berbagai perhitungan dapat dilakukan.
Mari kita lihat contoh pemecahan masalah.
Tugas 1:Tentukan banyaknya kalor yang dikeluarkan untuk penguraian 3,6 g air sesuai dengan TCA reaksi penguraian air:
Anda dapat menyelesaikan masalah ini dengan menggunakan proporsi:
selama penguraian 36 g air, 484 kJ diserap
selama dekomposisi 3,6 g air diserap x kJ
Dengan cara ini, persamaan reaksi dapat dituliskan. Solusi lengkap untuk masalah ini ditunjukkan pada Gambar 1.
Beras. 1. Rumusan solusi masalah 1
Masalahnya dapat dirumuskan sedemikian rupa sehingga Anda perlu membuat persamaan termokimia untuk reaksi tersebut. Mari kita lihat contoh tugas tersebut.
Masalah 2: Ketika 7 g besi berinteraksi dengan belerang, 12,15 kJ kalor dilepaskan. Berdasarkan data tersebut, buatlah persamaan termokimia untuk reaksi tersebut.
Saya menarik perhatian Anda pada fakta bahwa jawaban atas masalah ini adalah persamaan termokimia dari reaksi itu sendiri.
Beras. 2. Formalisasi solusi masalah 2
1. Kumpulan soal dan latihan kimia: kelas 8: untuk buku teks. P.A. Orzhekovsky dan lainnya “Kimia. kelas 8” / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (hal.80-84)
2. Kimia: anorganik. kimia: buku teks. untuk kelas 8 pendidikan umum pembentukan /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Pendidikan, OJSC “Moscow Textbooks”, 2009. (§23)
3. Ensiklopedia untuk anak-anak. Jilid 17. Kimia / Bab. ed.V.A. Volodin, Ved. ilmiah ed. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.
Sumber daya web tambahan
1. Penyelesaian masalah : perhitungan menggunakan persamaan termokimia ().
2. Persamaan termokimia ().
Pekerjaan rumah
1) hal. 69 soal No.1,2 dari buku teks “Kimia: anorganik.” kimia: buku teks. untuk kelas 8 pendidikan umum lembaga." /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Pendidikan, OJSC “Moscow Textbooks”, 2009.
2) hal.80-84 No.241, 245 dari Kumpulan Soal dan Latihan Kimia: Kelas 8: untuk buku teks. P.A. Orzhekovsky dan lainnya “Kimia. kelas 8” / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006.
Setiap reaksi kimia disertai dengan pelepasan atau penyerapan energi dalam bentuk panas.
Berdasarkan pelepasan atau penyerapan panas, mereka membedakannya eksotermik Dan endotermik reaksi.
Eksotermik reaksi adalah reaksi yang melepaskan panas (+Q).
Reaksi endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor (-Q).
Efek termal dari reaksi (Q) adalah jumlah panas yang dilepaskan atau diserap selama interaksi sejumlah reagen awal.
Persamaan termokimia adalah persamaan yang menjelaskan efek termal suatu reaksi kimia. Jadi, misalnya persamaan termokimianya adalah:
Perlu juga dicatat bahwa persamaan termokimia harus mencakup informasi tentang keadaan agregat reagen dan produk, karena besarnya efek termal bergantung pada hal ini.
Perhitungan efek termal dari reaksi
Contoh soal umum untuk mencari efek termal suatu reaksi:
Ketika 45 g glukosa bereaksi dengan oksigen berlebih sesuai persamaan
C 6 H 12 O 6 (padat) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
700 kJ kalor dilepaskan. Tentukan efek termal dari reaksi tersebut. (Tuliskan bilangan tersebut ke bilangan bulat terdekat.)
Larutan:
Mari kita hitung jumlah glukosa:
n(C 6 H 12 O 6) = m(C 6 H 12 O 6) / M(C 6 H 12 O 6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol
Itu. Ketika 0,25 mol glukosa berinteraksi dengan oksigen, 700 kJ panas dilepaskan. Dari persamaan termokimia yang disajikan pada kondisi tersebut, interaksi 1 mol glukosa dengan oksigen menghasilkan sejumlah panas sebesar Q (efek termal reaksi). Maka proporsi berikut ini benar:
0,25 mol glukosa - 700 kJ
1 mol glukosa - Q
Dari proporsi ini persamaan yang sesuai sebagai berikut:
0,25 / 1 = 700 / Q
Memecahkan yang mana, kami menemukan bahwa:
Jadi, efek termal reaksinya adalah 2800 kJ.
Perhitungan menggunakan persamaan termokimia
Lebih sering dalam tugas-tugas USE di bidang termokimia, nilai efek termal sudah diketahui, karena kondisi tersebut memberikan persamaan termokimia yang lengkap.
Dalam hal ini perlu dihitung jumlah kalor yang dilepaskan/diserap dengan jumlah reagen atau produk yang diketahui, atau sebaliknya, dari nilai kalor yang diketahui perlu ditentukan massa, volume atau jumlah suatu. substansi setiap peserta dalam reaksi.
Contoh 1
Menurut persamaan reaksi termokimia
3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ
68 g aluminium oksida terbentuk. Berapa banyak panas yang dilepaskan? (Tuliskan bilangan tersebut ke bilangan bulat terdekat.)
Larutan
Mari kita hitung jumlah zat aluminium oksida:
n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol
Sesuai dengan persamaan reaksi termokimia, ketika 4 mol aluminium oksida terbentuk, 3330 kJ dilepaskan. Dalam kasus kita, 0,6667 mol aluminium oksida terbentuk. Setelah menyatakan jumlah kalor yang dilepaskan dalam kasus ini dengan x kJ, kita buat proporsinya:
4 mol Al 2 O 3 - 3330 kJ
0,667 mol Al 2 O 3 - x kJ
Proporsi ini sesuai dengan persamaan:
4 / 0,6667 = 3330 /x
Menyelesaikannya, kita menemukan bahwa x = 555 kJ
Itu. ketika 68 g aluminium oksida terbentuk sesuai dengan persamaan termokimia pada kondisi tersebut, 555 kJ kalor dilepaskan.
Contoh 2
Akibat suatu reaksi, persamaan termokimianya adalah
4FeS 2 (tv.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (tv.) + 3310 kJ
1655 kJ kalor dilepaskan. Tentukan volume (l) sulfur dioksida yang dilepaskan (no.). (Tuliskan bilangan tersebut ke bilangan bulat terdekat.)
Larutan
Sesuai dengan persamaan reaksi termokimia, ketika 8 mol SO 2 terbentuk, 3310 kJ kalor dilepaskan. Dalam kasus kami, 1655 kJ panas dilepaskan. Misalkan jumlah SO 2 yang terbentuk dalam hal ini adalah x mol. Maka proporsi berikut ini adil:
8 mol SO 2 - 3310 kJ
x mol SO 2 - 1655 kJ
Dari persamaan berikut:
8 / x = 3310/1655
Memecahkan yang mana, kami menemukan bahwa:
Jadi, jumlah zat SO2 yang terbentuk dalam hal ini adalah 4 mol. Oleh karena itu, volumenya sama dengan:
V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l (dibulatkan menjadi bilangan bulat, karena ini diperlukan dalam kondisi.)
Masalah yang lebih banyak dianalisis mengenai efek termal dari reaksi kimia dapat ditemukan.
Konsep persamaan reaksi termokimia
Persamaan reaksi kimia yang menunjukkan efek termal disebut persamaan termokimia. Efek termal diberikan sebagai nilai perubahan entalpi reaksi AN. Dalam persamaan termokimia, tidak seperti persamaan kimia biasa, keadaan agregat zat harus ditunjukkan (cair “cair”, padat “padat”, atau gas “g”). Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa zat yang sama dalam keadaan agregasi yang berbeda mempunyai entalpi yang berbeda. Oleh karena itu, reaksi kimia yang melibatkan zat identik, tetapi dalam keadaan agregasi berbeda, ditandai dengan efek termal yang berbeda.
Efek termal suatu reaksi dalam persamaan termokimia dilambangkan dengan dua cara:
1) tunjukkan hanya tanda AN - jika Anda hanya perlu memperhatikan apakah reaksinya ekso- atau endotermik:
Perubahan entalpi yang diberikan dalam persamaan termokimia adalah bagian persamaan kimia yang sama dengan rumus zat, dan oleh karena itu mengikuti hubungan yang sama. Misalnya, untuk persamaan pembakaran etana:
Untuk jumlah reaktan atau produk lainnya, jumlah panas akan berubah secara proporsional.
Seringkali, untuk memudahkan penggunaan persamaan termokimia, koefisien di dalamnya dikurangi sehingga rumus zat yang digunakan untuk perhitungan didahului dengan koefisien 1. Tentu saja, dalam hal ini, koefisien lain mungkin berupa pecahan, dan perlu untuk mengurangi nilai perubahan entalpi secara proporsional. Jadi, untuk reaksi natrium dengan air di atas, kita dapat menulis persamaan termokimia:
Menyusun persamaan reaksi termokimia Contoh 1. Ketika nitrogen bereaksi dengan 1 mol suatu zat dengan oksigen membentuk nitrogen(N) oksida, energi sebesar 181,8 kJ diserap. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi tersebut.
Larutan. Karena energi diserap, AH adalah bilangan positif. Persamaan termokimia akan terlihat seperti ini:
Contoh 2. Untuk reaksi sintesis hidrogen iodida dari zat gas sederhana AN = +52 kJ/mol. Tuliskan persamaan termokimia penguraian hidrogen iodida menjadi zat sederhana.
Larutan. Reaksi sintesis hidrogen iodida dan dekomposisinya merupakan reaksi yang berlawanan. Menganalisis Gambar 18.4, kita dapat menyimpulkan bahwa dalam hal ini zat, dan karenanya entalpinya, adalah sama. Perbedaannya hanyalah zat mana yang merupakan produk reaksi dan mana yang merupakan reaktan. Berdasarkan hal ini, kami menyimpulkan bahwa dalam proses yang berlawanan, AN memiliki nilai yang sama, tetapi tandanya berbeda. Jadi, untuk reaksi sintesis hidrogen iodida:
Karena dalam praktiknya massa atau volume zat diukur, terdapat kebutuhan untuk menyusun persamaan termokimia dengan menggunakan data ini secara tepat. Contoh. Ketika air cair seberat 18 g terbentuk, 241,8 kJ kalor dilepaskan dari zat sederhana. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini. Larutan. Air seberat 18 g sama dengan jumlah zat n(H 2 O) = m / M = 18 g / 18 g / mol = 1 mol. Dan pada persamaan reaksi pembentukan air dari zat sederhana, rumus air diawali dengan koefisien sebesar 2. Artinya dalam persamaan termokimia perlu diperhatikan perubahan entalpi pada pembentukan air dengan suatu zat. jumlah zat 2 mol yaitu 241,8. 2 = 483,6:
Label pangan harus mencantumkan data nilai energinya, yang sering disebut kandungan kalori. Bagi kebanyakan orang, informasi tentang kandungan kalori suatu makanan membuat mereka berpikir: “Berapa berat badan saya akan bertambah jika saya makan ini?” Faktanya, angka yang tertera pada label adalah efek termal dari reaksi pembakaran sempurna 100 g produk ini menjadi karbon dioksida dan air. Efek termal ini sering diberikan dalam satuan pengukuran panas yang sudah ketinggalan zaman - kalori atau kilokalori (1 kal = 4,18 J, 1 kkal = 4,18 kJ), dari situlah istilah "kalori" berasal.
Ide kunci
Perubahan entalpi adalah karakteristik kuantitatif dari panas yang dilepaskan atau diserap selama reaksi kimia.
Tugas untuk menguasai materi
210. Persamaan reaksi apa yang disebut termokimia?
211. Tentukan persamaan termokimia manakah yang sesuai dengan proses eksotermik? proses endotermik?
212. Dengan menggunakan persamaan termokimia untuk sintesis amonia, hitung berapa banyak panas yang akan dilepaskan: a) bila nitrogen dikonsumsi dalam jumlah 1 mol zat; b) terbentuknya amonia dengan jumlah zat 2 mol. 1\1 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (n); DN = -92 kJ/mol.
213. Perubahan entalpi reaksi pembakaran batubara adalah 393,5 kJ/mol. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini.
214. Ketika metana dibakar, 1 mol zat tersebut melepaskan 890 kJ energi. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini.
215. Ferrum(11) oksida direduksi oleh karbon(11) oksida menjadi besi. Reaksi ini disertai dengan pelepasan panas sebesar 1318 kJ ketika 1 mol besi dihasilkan. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini.
216. Ketika hidrogen berinteraksi dengan yodium, terbentuk hidrogen iodida dengan jumlah zat 2 mol. Dalam hal ini energi yang diserap sebesar 101,6 kJ. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini.
217. Dengan menggunakan persamaan termokimia pada tugas 211, buatlah persamaan termokimia untuk reaksi: a) pembentukan merkuri(II) oksida dari zat sederhana; b) penguraian hidrogen klorida; c) pembentukan glukosa selama fotosintesis.
218. Selama pembakaran karbon(I) oksida, 2 mol suatu zat melepaskan energi 566 kJ. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi tersebut.
219. Penguraian barium karbonat seberat 197 g memerlukan kalor 272 kJ. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini.
220. Ketika besi seberat 56 g berinteraksi dengan belerang, 95 kJ panas dilepaskan. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini.
221. Bandingkan persamaan termokimia yang diberikan dan jelaskan perbedaan perubahan entalpi:
222*. Perubahan entalpi reaksi netralisasi asam klorida dengan natrium hidroksida adalah -56,1 kJ/mol, dan dengan kalium hidroksida - -56,3 kJ/mol. Ketika asam nitrat bereaksi dengan litium hidroksida, perubahan entalpinya adalah -55,8 kJ/mol. Menurut Anda mengapa efek termal dari reaksi-reaksi ini hampir sama?
Ini adalah materi buku teks