پایه یازدهم
درس نکته تست
(جاری شدن انرژی گرمایی-آنتالپی)
مدرس:دکترحنفی
09113755547
فصل دوم
((درپی غذای سالم))
تعریف ترموشیمی (گرما شیمی):
شاخه ای از علم شیمی که به بررسی کمی و کیفی گرمای واکنش های شیمیایی،تغییر آن و تاثیری که بر حالت ماده دارد می پردازد.
نکته:ویژگی بنیادی تمام واکنش های شیمیایی ،داد وستد گرما با محیط اطراف است.
مثال1-از بین جملات زیر چند جمله درست است؟
الف- هر واکنش شیمیایی ممکن است با تغییررنگ،تولید رسوب،آزاد شدن گاز وایجاد نور و صدا همراه باشد
ب- هر واکنش شیمیایی ،ممکن است گرماده یا گرماگیر باشد
ج- واکنش دهنده رایج در استخراج آهن که تامین کننده انرژی لازم برای انجام این واکنش نیز است ،سیلیس(sio2) می باشد.
د- باانجام واکنش شدید میان یک مول گاز هیدروژن و یک مول گاز کلر گرمای زیادی تولید می شودکه این مقدار گرما ناشی از تفاوت انرژی گرمایی در مواد واکنش دهنده و محصولات است.
1)4 2)3 3)2 4)1
تعریف انرژی گرمایی:
به مجموع انرژی جنبشی ذره های سازنده یک نمونه ماده ،انرژی گرمایی آن می گویند.
نکته:1-حرکت های ذرات سازنده ماده پیوسته و نامنظم هستند2-میزان جنبش ذره های سازنده ماده در سه حالت فیزیکی متفاوت است.3-بر اثر گرم کردن یک ماده ، توزیع انرژی میان همه ذره های ماده یکسان نیست.زیرا هر ذره بسته به موقعیت خود و فاصله ای که از منبع گرما دارد می تواند انرزی متفاوتی جذب کند.
تعریف دما:
معیاری برای بیان میانگین تندی ومیانگین انرژی جنبشی ذره های سازنده یک ماده است.
تفاوت دما و انرژی گرمایی:
1-دمای یک جسم به مقدارآن بستگی نداردولی انرژی گرمایی یک جسم به مقدار آن وابسته است.بعنوان مثال انرژی گرمایی دو کیلوگرم آب 25درجه،دو برابر انرژی گرمایی یک کیلوگرم آب 25 درجه است.همچنین می توان گفت که انرژی گرمایی یک استخر پراز آب با دمای 15 درجه بسیار بیشتر از انرژی گرمایی یک استکان آب جوش 95 درجه است.
2-انرژی گرمایی که نوعی انرژی است با یکاهای انرژی (مانند ژول- کالری و..)بیان می شود.اما دما دارای یکای قراردادی مانند درجه سلسیوس،کلوین وفارنهایت است.
تبدیل واحدهای دما وانرژی:
رابطه کلوین و درجه سلسیوس: دمای کلوین=درجه سلسیوس+273
رابطه ژول وکالری: 1cal=4/184j رابطه ژول و کار(نیوتون متر) .s-2 1j=1N.m=1kg.m2
مثال2:کدام مورد نادرست است؟
ا)ارزش دمایی 1درجه سانتی گراد برابر 1 کلوین است. 2)روغن و چربی رفتارهای فیزیکی و شیمیایی یکسان دارند
3)تغییر دما از ویژگی های یک نمونه ماده نیست. 4)کمبود آهن بدن را میتوان با خوردن عدسی واسفناج جبران کرد.
ظرفیت گرمایی:
گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای یک جسم به اندازه یک درجه سلسیوس است.یکای ظرفیت گرمایی J.0C-1 یا J.K-1است.
ظرفیت گرمایی یک ماده به نوع ماده و جرم آن بستگی دارد. بعنوان مثال گرمای لازم برای افزایش دمای یک استخر پر از آب به اندازه یک درجه سلسیوس بسیار بیشتر از گرمای لازم برای افزایش دمای یک لیوان به اندازه یک درجه سلسیوس است.
:qمقدارگرمای مبادله شده (ژول) :تغییردما (درجه سلسیوس) = ظرفیت گرمایی
ظرفیت گرمایی ویژه:
مقدارگرمایی است که باید به یک گرم از آن جسم داده شود تا دمای آن 1 درجه سلسیوس بالا رود.یکای ظرفیت گرمایی ویژه
j.g-1.0C-1 یا j.g-1.K-1 است.ظرفیت گرمایی ویژه به جرم جسم بستگی ندارد.چون همواره برای یک گرم از هر جسمی تعریف می شود. (فقط به نوع ماده بستگی دارد ).
q:مقدارگرمای مبادله شده (ژول) = ظرفیت گرمایی ویژه
:تغییر دما(درجه سلسیوس) m:جرم جسم(g)
مثال3: 53گرم آلومینیم به 239 ژول انرژی نیاز دارد تا دمایش به اندازه 5 درجه سلسیوس افزایش پیدا کند.ظرفیت گرمایی ویژه آن چقدراست؟
1)0.902 2)0.801 3)0.704 4)0.605
مثال4:هنگامی که 250 گرم اتانول را از دمای 25 درجه سلسیوس به دمای 3 درجه سلسیوس سردکنیم، چه مقدار گرما باید از آن بگیریم؟(ظرفیت گرمایی ویژه اتانول برابر با 2.46 ژول بر گرم درجه سلسیوس است).
مثال5:دو لیوان آب ،یکی دارای ml100 ودیگری دارای ml200 آب در دمای یکسان موجود است .میانگین سرعت حرکت مولکول های آب در دو لیوان با هم ………..است و برای افزایش دمای آب در ظرف تا oC50 به انرژی ………نیاز است.
1)متفاوت-یکسانی 2)یکسان-یکسانی 3)متفاوت-متفاوتی 4)یکسان-متفاوتی
نکته:1-اگرظرفیت گرمایی ویژه (C)دو جسم را داشته باشیم و به هر دو به یک میزان گرما بدهیم فقط به شرطی می توانیم تغییر دمای ()آن ها را مقایسه کنیم که جرم(m)دو جسم یکسان باشد،در این صورت جسمی که ظرفیت گرمایی ویژه کم تری دارد تغییر دمای بیش تری خواهد داشت.
C =
2-با داشتن ظرفیت گرمایی دو جسم وبدون اینکه اطلاعی از جرم دو جسم داشته باشیم میتوانیم بگوییم جسمی که ظرفیت گرمایی کم تری دارد تغییر دمای آن بیشتر است.(به شرطی که گرمای داده شده به هر دوجسم یکسان باشد).
C =
مثال 6:اگر ظرفیت گرمایی اجسام A،B،CوDبرحسب ،به ترتیب (از راست به چپ)برابر با 9/0 ،2/4 ،5/0 و4/2 باشدو به جرم یکسانی از آنها مقدار یکسانی گرما داده شود،ترتیب افزایش دمای آن ها ،کدام است؟
1) 2) 3) 4)
موشکافی جدول 1-صفحه 58 کتاب شیمی یازدهم:
1-فلز طلا وبعداز آن نقره دارای کمترین ظرفیت گرمای ویژه هستند.
2-آب مایع،به دلیل داشتن پیوندهای هیدروژنی نسبتا قوی از همه مواد مطرح شده در این جدول ،ظرفیت گرمایی ویژه بالاتری دارد.
نکته: اگر دو جسم در شرایط مشابه به یک اندازه سرد شوند(تغییر دما برای هر دو یکسان باشد) جسمی که دارای گرمای ویژه کمتری است زود تر و و دیگری دیر تر سرد می شود، به عبارت دیگر هر چه ظرفیت گرمایی یک ماده بیشتر باشد، آن جسم دیرتر گرم شده و وقتی گرم شد دیرتر سرد می شود.
مثال7:تکه ای نان و سیب زمینی با جرم و سطح یکسان همزمان از محیطی با دمای 50 درجه به محیط با دمای 15 درجه منتقل می شوند.کدامیک دیرتر با محیط هم دما می شود؟
تعریف سامانه(سیستم):
به بخشی از جهان برای مطالعه ترمودینامیکی انتخاب می شودسامانه یا سیستم می گویند.
تعریف محیط:
بقیه جهان هستی پیرامون سامانه را محیط می نامند.البته در عمل فقط نیاز داریم بخشی از جهان را که با سامانه در ارتباط نزدیک است در نظربگیریم.
نکته:اگر گرما از محیط به سامانه انتقال یابد، مانند این است که مقداری گرما(Q)به سامانه تزریق کرده باشیم.دراین حالت علامت گرما رامثبت (+) درنظر می گیریم.اما اگر گرما از سامانه به محیط انتقال یابد،درواقع مقداری گرما(Q)از سامانه خارج شده است.دراین حالت علامت گرما را منفی(-)در نظر می گیریم.
مثال 8:درهنگام خوردن شیر گرم نخست مقداری انرژی از(سیستم -محیط) به (سیستم-محیط)جاری می شود که با (کاهش -افزایش) دمای سامانه همراه است.دراین فرایند( )و ( )است.سپس در مرحله گوارش با داد وستد انرژی میان سامانه و محیط( ) و() می شود..
مثال9:درهنگام خوردن بستنی فرایند هم دما شدن آن در بدن با……….انرژی،و گوارش آن با …………انرژی همراه است.
1)جذب – جذب 2)جذب – آزاد شدن 3)آزاد شدن -جذب 4)آزاد شدن-آزاد شدن
نکته:
انرژی موادواکنش دهنده انرژی
مواد واکنش دهنده
فراورده فراورده
(2) (1)
1-با انجام یک واکنش شیمیایی وتغییر در شیوه اتصال اتمها به یکدیگر،تفاوت انرژی پتانسیل مواد در واکنش ها به شکل گرما ظاهر می شود.هرچه تفاوت انرژی پتانسیل بیشتر باشد گرمای بیشتری آزاد میشود.گرمای آزاد شده در شکل(1)بیشتراست.
2-هر چه سطح انرژی ماده ای پایین تر باشد پایدارتر است.درشکل (2)مواد واکنش دهنده پایداری بیشتری دارند.
3-در هردو نمودار فوق ،چون سطح انرژی مواد واکنش دهنده از فراورده بیشتر است گرما آزاد میشود.
مثال10:درواکنش A2+B22ABاگر محتوی انرژی مواد اولیه و محصول به ترتیب برابرE1و E2باشد،تغییرات انرژی سامانه به ازای تشکیل هر مول ABکدام است؟
1)E1-E2 2)(E2-E1) 3)(2E2-E1) 4)E2-E1
آنتالپی(محتوی انرژی):
کل انرزی یک سامانه در دما و فشار ثابت هم ارز با محتوای انرژی یا آنتالپی آن است. تغییر آنتالپی هر واکنش هم ارز با گرمایی است که در فشار ثابت با محیط پیرامون تبادل می کند()
نکته:واکنش های شیمیایی بر دو دسته هستند:
الف)واکنش های گرماده( exothermic reaction ) :دریک واکنش گرماده،گرما آزاد می شود و آنتالپی سامانه کاهش می یابد.دراین حالت فراورده ها از واکنش دهنده ها پایدارتر هستند.
Hفراورده ها Hواکنش دهنده ها
واکنش دهنده ها آنتالپی پایداری فراورده ها پایداری واکنش دهنده ها
فراورده ها
ب)واکنش های گرماگیر (endothermic reaction ) :در یک فرایند گرماگیر،گرما جذب می شودوآنتالپی سامانه افزایش می یابد.دراین حالت واکنش دهنده هااز فراورده ها پایدارتر هستند.
فراورده ها آنتالپی
Hفراورده ها Hواکنش دهنده ها
واکنش دهنده ها پایداری فراورده ها پایداری واکنش دهنده ها
نکته:1- مهمترین فرایندهای گرماگیر که در آن ها است:
الف)شکستن پیوند همواره گرماگیر است. Cl+CL Q+Cl2
ب)ذوب شدن H2O(l) Q+H2O(s)
ج)تبخیرشدن H2O(g) Q+H2O(l)
د)تصعید(فرازش) CO2(g) Q+CO2(S)
ه)تجزیه کربنات ها -نیتراتها و…
د)انحلال بیشتر نمکها درآب(البته نه همه آنها)
و)تولید گاز اوزون از گاز اکسیژن 2O3(g) 3O2(g) + Q
ی)تولید گاز هیدرازین از گاز نیتروژن N2H4(g) N2(g)+2H2(g) + Q
ز)تولید گازهیدروژن یدید از گاز هیدروژن و یدجامد 2HI(g) H2(g)+I2(S) + Q
ن)تولید گاز اتان از متان C2H6(g)+H2(g) 2CH4(g) + Q
2-مهمترین فرایندهای گرماده که در آنها است:
الف)تشکیل پیوند همواره گرماده است. +Q Cl2(g) Cl(g)+Cl(g)
ب)واکنش های سوختن یعنی ترکیب با اکسیژن همواره گرماده استCO2(g)+Q C(S)+O2(g)
ج)میعان H2O(l)+Q H2O(g)
د)انجماد H2O(S)+Q H2O(l)
ه)تبدیل مستقیم گاز به جامد(چگالش) CO2(S)+Q CO2(g)
و)واکنش اسیدها وبازها با یکدیگر NaCl(aq)+H2O(l)+Q HCl(aq)+NOH(aq)
ز)انحلال اسیدها و انحلال بازها درآب HCl(aq)+Q (l) HCl
ح)انحلال اکسید های نافلزی درآب که منجر به تولید اسید می شوند
ط)انحلال اکسیدهای فلزی در آب که تولید باز می کنند
ی)انحلال موادی که پیوند هیدروژنی دارندمانند الکل و HFدرآب
ک)انحلال گازها درآب مانند انحلال NH3 درآب یا SO2 درآب
ل)انحلال برخی از نمکها درآب که مهمترین آنها عبارتند از:
CaCl2 AgF Na2SO4 CuSO4 تمامی نمکهای لیتیم دار
………………..، ……………………….، ……………………………..، ……………………………،
س)فرایند هابر(واکنش تولید آمونیاک) 2NH3(g)+Q N2(g)+3H2(g)
ش)تولید گازهای پایدارCO2 و N2 ازگازهای ناپایدار +Q 2CO2(g)+N2(g) 2CO(g)+2NO(g)
ن)واکنش ترمیت +Q 2Fe(l) + Al2O3(S) Fe2O3(S) 2Al(s)+
مثال11:ذوب شدن یخ فرایندی ……است.این گرما صرف غلبه بر ………….. می شود.
1)گیر-پیوندهای کووالانسی درون مولکول های آب 2)ده-پیوندهای کووالانسی درون مولکول های آب
3)گیر-پیوندهای هیدروژنی میان مولکول های آب 4)ده-پیوندهای هیدروژنی میان مولکول های آب
مثال12:سطح انرژی کدامیک پایین تر است؟
1)یک گرم H2(g) 2)یک گرم H(g) 3)یک گرم H2O(l) 4)یک گرم H2O(g)
مثال13: سوختن نفت و……………. دو نمونه از فرایندهای گرما ……… هستندکه در زندگی با آنها سر و کار داریم وآنها مقداری……..است.
1)بخار شدن آب -ده- مثبت 2)حل شدن کلسیم کلرید خشک در آب -گیر- منفی
3)حل شدن کلسیم کلرید خشک در آب- ده- منفی 4)ذوب شدن یخ- گیر-منفی
عوامل موثر بر واکنش:
1-مقدار مواد واکنش دهنده:هرچه بیشتر باشد ،گرمای مبادله شده نیز بیشتر است.
2-نوع مواد واکنش دهنده و فراورده
3-حالت فیزیکی مواد شرکت کننده :با تغییر حالت فیزیکی واکنش دهنده ها یا فراورده ها،مقدارنیز تغییر می کند.
4-دما وفشار:در اغلب واکنش های شیمیایی ،واکنش را در فشار یک اتمسفر و دمای 25 تعیین می کنند.
مثال14:با توجه به دو واکنش زیر به سوالات مطرح شده پاسخ دهید:
2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)
=-572Kj 2H2O(l) 2H2(g)+O2(g)
الف)درکدام واکنش گرمای بیشتری آزاد شده است؟
ب)علت اختلاف آنتالپی دو واکنش در چیست؟
ج) واکنش H2O(g) H2O(l) چقدراست؟
برخی از آنتالپی های مهم:
آنتالپی پیوند: به مقدار انرژی لازم برای شکستن یک مول پیوند در حالت گازی وتبدیل آن به دو مول اتم جدا از هم می باشد.
kj.mol-1 =+562 H(g)+F(g) H-F(g)+562kj.mol-1
نکته:طبیعی است که آنتالپی پیوند همواره مقداری مثبت است،چون شکستن پیوند گرماگیراست.
تذکر: قدرت یک پیوند به جاذبه بین الکترون های پیوندی و هسته های شرکت کننده بستگی دارد.درواقع آنتالپی پیوند مقدار انرژی لازم برای غلبه بر این نیروهای جاذبه است.
نکته: درمورد پیوندهای موجود در مولکول هایی که بیش از دو اتم دارند از واژه میانگین آنتالپی پیوند استفاده می شود.چون در مولکول های چند اتمی ،انرژی لازم برای شکستن همه پیوندهای مولکول،یکسان نیست .اما در مورد پیوندهای مولکول های دواتمی از واژه آنتالپی پیوند استفاده می شود.
مثال 15: تغییر آنتالپی برای معادله O(g)+2F(g) OF2(g) برابربا kj368 است.میانگین آنتالپی پیونداکسیژن و فلوئور در این مولکول چقدراست؟
1)kj368 2)kj736 3)kj184 4)kj92
مثال16: بنا به تعریف ،انرژی مبادله شده در کدام واکنش ،آنتالپی پیوند H-F محسوب می شود؟
1) H2(g)+F2(g) 2HF(g)+Q 2) 2HF(g)+Q H2(g)+F2(g)
3) H(g)+F(g) HF(g)+Q 4) H(g)+F(g) HF(g)+Q
مثال17: با توجه به شکل روبرو تفاوت محتوی انرژی یک گرم Hومحتوی انرژی یک گرم H2برحسب kj کدام است؟
1)432 2)216 2گرمH
3)324 4)864 kj432 انرژی
2گرمH2
مثال18:با توجه به نمودار،آنتالپی پیوند A-B برحسب kj.mol-1 کدام است؟(AوB اتم هستند.)
1)400 2)300 2A(g)+2B(g)
3)200 4)150
2A-B(g) kj400
100kj
A2(g)+B2(g)
عوامل موثر بر آنتالپی پیوند:
1-قطبیت پیوند:هرچه قطبیت پیوندبیشتر و جاذبه بین دو اتم قوی تر باشد،آنتالپی پیوند افزایش می یابد.
H-I H-Br H-Cl H-F ترتیب آنتالپی پیوند
2-طول پیوند:هرچه شعاع اتمی اتمهای دو طرف پیوند کم تر باشد طول آن کوتاه تر و آنتالپی پیوند بیشتر است.
I-I Br-Br Cl-Cl ترتیب آنتالپی پیوند
3-مرتبه پیوند(تعدادپیوند بین دو اتم):هرچه تعداد پیوند بین دو اتم بیش تر باشد،طول آن کمتر و آنتالپی پیوند بیشتر است.
مثال19:طول پیوند C=C دراتیلن در مقایسه با طول پیوند C-C دراتان …………وآنتالپی پیوند آن …………….است.
1)بلندتر- بیشتر 2)بلندتر- کمتر 3)کوتاه تر- بیشتر 4)کوتاه تر – کمتر
مثال20:اگرمیانگین آنتالپی پیوند Si-H در مولکول SiH4 ،برابربا kj.mol-1318 درنظر گرفته شود، کدام واکنش ،برابربا kj1272است؟
1) Si(s)+2H2(g) SiH4(g) 2) Si(s)+4H(g) SiH4(g)
3) Si(g)+2H2(g) SiH4(g) 4) Si(g)+4H(g) SiH4(g)
آنتالپی سوختن:
هنگامی که یک مول از ماده ای در مقدار کافی اکسیژن خالص به طور کامل بسوزد،گرمای واکنش ،آنتالپی سوختن آن ماده نامیده می شود.
(ارزش سوختی:مقدار انرژی حاصل از اکسایش یک گرم ماده ارزش سوختی نام دارد)
نکته: آنتالپی سوختن مواد همواره منفی است. زیرا فرایند سوختن یک فرایند گرماده است.
بررسی چند نکته بسیار مهم از گرمای سوختن:
با توجه به مقادیر داده شده در جدول زیر به پرسش های مطرح شده پاسخ دهید:
پیوند
O-H
C=O
O=O
C-H
C-C
آنتالپی پیوند(kjmol-1 )
463
799
495
415
348
مثال21:گرمای سوختن متان (CH4 )را حساب کنید.
مثال22:گرمای سوختن اتان(C2H6 )را حساب کنید.
مثال23:گرمای سوختن یک مول متان بیشتر است یا یک مول اتان؟
نتیجه گیری مهم:گرمای حاصل از سوختن چند آلکان را که مقایسه می کنید در درجه اول به مقدار آنها برحسب …………دقت کنید.هرچه مقدار آنها برحسب ……………بیشتر باشد،از سوختن آنها گرمای …………………حاصل می شود.
مثال 24:گرمای حاصل از سوختن یک مول از آلکان های متان(CH4)-اتان (C2H6)- پروپان(C3H8) – بوتان ( C4H10) وپنتان(C5H12) را با هم مقایسه کنید.
مثال25:گرمای سوختن یک مول اتان بیشتر است یا گرمای سوختن دو مول متان؟با محاسبه درستی پیش بینی خود را ثابت کنید.
مثال26:گرمای سوختن 1 گرم متان چقدر است؟
مثال27:گرمای سوختن 1گرم اتان چقدراست؟
مثال28:گرمای سوختن 1 گرم متان بیشتر است یا 1 گرم اتان؟
نتیجه گیری مهم:با مقدارگرمهای برابر هر چه (جرم مولکولی)آلکان …………باشد،براثرسوختن آن گرمای بیشتری آزاد می شود.
مثال29: گرمای سوختن یک گرم ازآلکانهای متان-اتان-پروپان-بوتان و پنتان رابا هم مقایسه کنید.
مثال30:موارد زیر را از نظر بیشتر بودن گرمایی که هنگام سوختن آزاد می کنند مرتب کنید:
الف)12 گرم پنتان ب)5/0 مول پروپان ج)7/0 مول اتان
د)21گرم متان ه)2/0 مول بوتان و)22 گرم متان
نکته:با توجه به جدول 4 کتاب شیمی یازدهم صفحه 69 ارزش سوختی چربی از کربو هیدرات و پروتئین بیشتر است.همچنین با توجه به جدول 6 همین صفحه آنتالپی سوختن یک آلکان از آنتالپی سوختن الکل هم کربن خود بزرگتر (منفی تر) است.
مثال31: درکدام گزینه مقدارQ برابربا آنتالپی سوختن گاز اتان می باشد؟
1) 2CO2+3H2O+Q C2H6+ 2) 4CO2+6H2O+Q 2C2H6+7O2
3) 2CO+3H2O+Q C2H6+ 4) 4CO+6H2O+Q 2C2H6+5O2
مثال32: با توجه به واکنش: ، H2O(g) H2(g)+ ،اگر مخلوطی از گازهای اکسیژن و هیدروژن به حجم 2/4لیتر درشرایط استاندارد، براثر جرقه با هم ترکیب شوند و چیزی از آن ها باقی نماند ،چند کیلوژول گرما آزاد می شود؟
1)25/20 2)2/21 3)25/30 4) 4/32
مثال33:با توجه به واکنش زیر ،براثر واکنش 2/3 گرم گاز اکسیژن با گاز متان ،چند کیلوژول گرما آزاد می شود؟(O=16)
CO2(g)+2H2O(g) CH4(g)+2O2(g)
1)5/44 2)89 3)8/17 4)2/22
مثال34:با توجه به واکنش زیر ،از سوختن 12/1 لیتر گاز هیدروژن ،در شرایط STP چند کیلوژول گرما آزاد می شود؟
+572kj 2H2O(l) 2H2(g)+O2(g)
1)2/57 2)4/114 3)3/14 4)6/28
مثال35:به ازای سوختن 10گرم گوگرد با خلوص 96 درصد ،مقدار 90کیلوژول گرما آزاد شده است.گرمای آزاد شده برحسب kj.mol-1 کدام است؟(S=32)
1)270- 2)300- 3)290- 4)275-
تعیین آنتالپی واکنش های شیمیایی:
* 1-روش مستقیم تعیین آنتالپی واکنش:
درروش مستقیم تعیین آنتالپی واکنش از دستگاهی به نام …………………….استفاده می شود.
تعریف گرماسنج:دستگاهی که برای اندازه گیری گرمای آزاد شده یا گرفته شده در یک واکنش شیمیایی به کار برده می شود.
گرماسنج لیوانی:از این گرماسنج برای اندازه گیری گرمای یک واکنش در……………………استفاده می شود.
این گرماسنج شامل مقدار معینی آب یا یا محلول یک واکنش دهنده در یک ظرف عایق بندی شده(مانند دو لیوان پلاستیکی درون هم قرار داده شده)است.در این گرماسنج یک دماسنج و یک هم زن قرار دارد..قبل از انجام واکنش ،دمای اولیه آب یا محلول اندازه گیری می شود.بعد از انجام واکنش ،دمایی نهایی اندازه گیری شده وباتوجه به ظرفیت گرمایی گرماسنج از رابطه زیر گرمای واکنش حساب می شود:
گرمای واکنش= ظرفیت گرمایی گرماسنج
مثال36: دریک گرماسنج لیوانی 88/4گرم باریم هیدروکسید متبلور با آمونیوم کلرید مطابق معادله زیر انجام می شود.در این واکنش چند کیلوژول گرما جذب می شود؟( Ba(OH)2.8H2O=315g.mol-1 )
+2NH3(aq)+10H2O(l) BaCl2(aq) (s)+2NH4Cl Ba(OH)2.8H2O
1)24/1 2)42/6 3)21/4 4)14/2
مثال37: در آزمایشی وقتی 46/0 گرم سدیم جامد در دما و فشار ثابت آزمایشگاه با آب واکنش می دهد 3680 ژول گرما آزاد می شود. با توجه به آن واکنش زیر در دما و فشار ثابت آزمایشگاه بر حسب kj کدام است؟(Na=23g.mol-1)
H2(g) NaOH(aq)+ Na(s)+H2O(l)
1)368- 2)184- 3)184+ 4)368+
*2-روشهای غیر مستقیم تعیین آنتالپی واکنش:(قانون هس- استفاده ازآنتالپی پیوند)
قانون هس:
اگر دو یا چند واکنش را جمع کنیم و به یک واکنش دیگر برسیم واکنش کلی، جمع جبری همه واکنش های تشکیل دهنده آن است. E+F A+D
C E
F+C
A+D
نکات قانون هس:
1- چنانچه واکنشی را بر عکس کنیم آن واکنش ………..می شود. C+D A+B
=…….. A+B C+D
2-چنانچه واکنشی را در عددnضرب کنیم آن………….. می شود. nC +nD +nB nA
3-درتست ها و سوالهای مربوط به قانون هس ابتدا سراغ گونه هایی بروید که در واکنش های کم تری دیده می شوند.
مثال 38:واکنش تولید آمونیاک به صورت 2NH3(g) N2(g)+3H2(g) می باشد.این واکنش طی دو مرحله رخ می دهد.ابتدا هیدرازین(N2H4) تولید می شودو سپس آمونیاک به وجود می آید.
N2H4(g) +N2(g) 2H2(g) : مرحله اول
2NH3(g) H2(g) + N2H4(g) : مرحله دوم
واکنش مرحله اول کدام است؟
1)5/279+ 2)8/279- 3)4/95+ 4)4/95-
مثال39:تغییر آنتالپی برای تشکیل COاز کربن و اکسیژن به روش تجربی میسر نیست.با استفاده از تغییر آنتالپی واکنش های زیر واکنش فوق کدام است؟ CO(g) C(s)+
CO2(g) C(s)+
CO2(g) CO(g)+
1)5/676+ 2)5/676- 3)5/110+ 4)5/120-
مثال40:CO وNOدوگاز آلاینده هوا هستندکه از گزوز خوروها خارج می شود.یک شیمیدان محیط زیست از طریق واکنش زیر را برای تبدیل این آلاینده ها به گازهایی پایدارتر و با آلایندگی کمتر،طراحی کرده اند.
2CO2(g)+N2(g) 2CO(g)+2NO(g)
با استفاده از واکنش های زیر ، واکنش فوق را به دست آورید.
CO2(g) CO(g)+
2NO(g) N2(g)+O2(g)
لطفا در مورد مثالهای 41 تا 46 در هر مورد خواسته شده را با توجه به مقادیر داده شده محاسبه کنید.
مثال 41: +2SO2(g) CO2(g) CS2(l)+3O2(g) 1)
H2O2(l) H2(g)+O2(g) 2)
H2(g)+ 3)
CO2(g)+6H2O(l)+2SO2(g) CS2(l)+6H2O2(l) 4)
مثال42: (s)+1 2Cr 1)
C(s)+ 2)
2Cr(S)+3CO(g) 3C(S)+Cr2O3(S) 3)
مثال43: 4PCl3(l) P4(S)+6Cl2(g) 1)
4PCl5(S) P4(S)+10Cl2(g) 2)
PCl5(S) PCl3(l)+Cl2(g) 3)
مثال44: 4N2+3H2O 2NH3+3N2O 1)
2N2+6H2O 4NH3+3O2 2)
N2O N2+ 3)
مثال45: 2FeO(S) 1) 2Fe(S)+O2(g)
4Fe(S)+3O2(g) 2)
3Fe(S)+2O2(g) Fe3O4(S) 3)
Fe3O4(S) FeO(S)+Fe2O3(S) 4)
مثال46: +2Fe(S) Fe2O3(S)+ 1)
CO2(g) C(S)+O2(g) 2)
2Fe2O3(S) 4Fe(S)+3O2(g) 3)
مثال47:با توجه به داده های زیر کدام گزینه صحیح است؟
2HI(g) H2(g)+I2(S)
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
I2(S) I2(g)
1) A+B+C=0 2)A+C-B=0 3)-A+B+C=0 4)A+B-C=0
مثال48:رومبیک و منوکلینیک دو شکل متفاوت از گوگرد است.با توجه به داده های زیر:
SO2(g) Srhombic+O2(g)
SO2(g) Smonoclinic+O2(g)
الف)تغییر آنتالپی فرایند شیمیایی روبرو راحساب کنید. Smonoclinic Srhombic
ب)منوکلینیک پایدارتر است یا رومبیک؟چرا؟
مثال49:برای شکستن پیوند H-Hگازی به انرژی در شرایط آزمایشگاه نیاز است.در ضمن از سوختن کامل 1مول گاز هیدروژن ،در اکسیژن در همان شرایط آزمایشگاه گرما آزاد می شود.با در ظر گرفتن این معلومات، از سوختن کامل 1گرم هیدروژن اتمی (H(g))در اکسیژن در همان شرایط آزمایشگاه چند کیلوژول انرژی آزاد می شود؟(H=1)
1)149 2)5/360 3)721 4)5/74
مثال50:از سوختن 1گرم هیدروژن در گاز اکسیژن و تولید آب به حالت مایع، گرمایی برابر در دما و فشار ثابت آزمایشگاه آزاد می شودوگرمای لازم برای تبخیر 1 مول آب در این شرایط برابر است.گرمای واکنش زیر برحسب کیلوژول چقدراست؟ 2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)
1)286- 2)484- 3)572- 4)143-
مثال51: از تشکیل یک مول HCl(g) از مولکول های Cl2(g)و H2(g) درحدود گرما در شرایط آزمایشگاه آزاد می شود.گرمای تشکیل همان یک مول HCl(g) از اتمهای Cl(g)و H(g) برحسب کیلوژول کدام است؟
( و )
1)679 2)5/339 3)247 4)432
مثال52: وقتی 10 گرم گاز هیدروژن با بخار ید لازم در دما و فشار ثابت آزمایشگاه واکنش می دهد4/47 کیلوژول گرما آزاد می شود.اما وقتی همین مقدار گاز هیدروژن با ید جامد لازم در همان شرایط واکنش می دهد 8/264کیلوژول گرما مصرف می شود.با توجه به این داده ها واکنش I2(S) I2(g) برحسب کیلوژول برمول کدام است؟
1)44/62- 2)4/47- 3)48/9- 4)48/43-
استفاده از آنتالپی پیوند برای محاسبه گرمای واکنش:
مجموع آنتالپی پیوندهای مواد فراورده – مجموع آنتالپی پیوندهای مواد واکنش دهنده
نکته:استفاده از آنتالپی پیوند برای واکنش هایی مناسب است که همه مواد شرکت کننده در آنها به حالت گاز باشد.
نکته:به کار بردن میانگین آنتالپی پیوندها برای تعیین واکنش های گازی با مولکول های پیچیده تر اغلب در مقایسه با داده های تجربی تفاوتی آشکار نشان می دهد.چون مقادیر آنتالپی پیوندی مندرج در جدول آنتالپی پیوندی درواقع انرژی های متوسط پیوندی هستند و نشان دهنده مقادیر دقیق آنتالپی یک پیوند در یک ترکیب خاص نیستند.هر چه مولکول های مواد شرکت کننده ساده تر باشند،آنتالپی واکنش محاسبه شده با داده های تجربی همخوانی بیشتری دارد.
مثال53: اگر آنتالپی پیوندهای H-HوCl-Cl و H-Cl به ترتیب 104 و59 و3/102 کیلو کالری بر مول باشد، واکنش گازی
2H-Cl H2+Cl2 چند کیلو کالری است؟
1)6/41- 2)6/41+ 3)7/60- 4)7/60+
مثال 54:اگر آنتالپی پیوندهای C-Hو H-Cl و C-Cl وCl-Cl به ترتیب برابر با 414 ،431، 331، 243 کیلوژول بر مول باشد واکنش روبرو کدام است؟ CCl4+4HCl 4Cl2+CH4
1)904+ 2)420- 3)252- 4)105-
مثال55:اگر آنتالپی پیوندهای NOو O2 و N2 را به ترتیب 150و120و225کیلوکالری برمول درنظر بگیریم واکنش
2NO N2+O2 گرماده است یا گرماگیر؟ آن چند کیلوکالری است؟
1)گرماگیر،45+ 2)گرماگیر،5/42+ 3)گرماده، 5/22- 4)گرماده،25-
مثال56: آنتالپی پیوندهای B-CوA-B به ترتیب برابر با 100 و150 کیلوژول بر مول است.واکنش AB+C A+BC
به مقدار…………..است.
1)250 کیلوژول گرمازا 2)50 کیلوژول گرمازا 3)100کیلوژول گرماگیر 4)150کیلوژول گرماگیر
مثال57:واکنش HBr+H Br+H2 به مقدار68 کیلوژول گرماگیر است.آنتالپی پیوندH-H برابر432کیلوژول بر مول است.آنتالپی پیوندH-Br چند کیلوژول بر مول است؟
1)250 2)500 3)490 4)364
مثال58:با توجه به واکنش گازی 2A-B A2+B2 ،اگر نسبت مقدارآنتالپی پیوندهای A-AوB-B و A-B به ترتیب 1 و2 و4 باشدآنتالپی پیوندA-B چند کیلوژول برمول است؟
1)640 2)160 3)180 4)320
مثال 59:از واکنش یک گرم گاز هیدروژن با مقدارلازم بخارید برای تشکیل گاز HI در یک دما وفشار ثابت ، kj2/5 گرما آزاد می شود.اگر آنتالپی پیوندهای H-H و I-I به ترتیب برابر 436 و151 کیلوژول بر مول باشد،آنتالپی پیوند H-I برحسب kj.mol-1 چقدراست؟
1)299 2)296 3)288 4)291
مثال60:آنتالپی پیوندهای H-H و0=O و O-H درحالت گاز به ترتیب 432 و 494 و 459 کیلوژول بر مول است.گرمای لازم برای تبخیر آب 44 کیلوژول بر مول است.از سوختن 10 گرم گاز هیدروژن در اکسیژن وتولیدآب به حالت مایع چه مقدار گرمابرحسب کیلوژول حاصل می شود؟
1)283 2)566 3)1415 4)2420
مثال61:واکنش های زیر ، از مراحل مختلف کلردارکردن متان انتخاب شده اند.در هرمرحله باتوجه به جدول زیر، مقداررا محاسبه کنیدونمودارتغییرات آنتالپی را برای هر مرحله رسم نمایید.
پیوند
H-Cl
C-Cl
Cl-Cl
C-H
C-C
آنتالپی پیوند kj
431
330
240
415
350
+.Cl .Cl Cl2
.CH3+HCl .Cl+CH4
C2H6 .CH3+.CH3
تمرینهای مهم:
1-قطعه ای از فلزآهن به جرم g20تا دمای oC85 گرم می شودودرون ظرفی حاوی g32آب 0C53 قرار داده می شود.اگر تمام گرمای از دست داده شده توسط آهن ،بوسیله آب جذب شده باشد ودمای نهایی آب و فلز 0C55 باشد،ظرفیت گرمایی ویژه آهن چقدراست؟( ظرفیت گرمایی ویژه آب j.g-1.0C-1 18/4 است )
1)26/0 2)38/0 3)44/0 4)53/0
2-g10 منگنز%90خالص را در مقدار کافی هیدروکلریک اسید حل می کنیم.گاز حاصل را جمع آوری کرده،به آن j4/50گرما می دهیم تا دمای آن 0C15 افزایش یابد.اگرظرفیت گرمایی ویژه گاز j.g-1.0C-148/0 باشد،بازده درصدی واکنش کدام است؟
1)5/93 2)3/95 3)6/87 4)8/76
3-از حل کردن g2کلسیم کلریدخشک در ml5 آب oC30 به اندازه ای گرما آزاد میشود که می تواند دمای محلول را تا 0C100 بالا ببرد.مقدارگرمای آزادشده از انحلال یک مول کلسیم کلریددرآب چند کیلو ژول برمول است؟
(ظرفیت گرمایی ویژه آب j.g-1.0C-1 18/4 است.) ( g.mol-1 5/35=Cl ، 40=Ca )
1)2/81- 2)4/19- 3)6/66- 4)13-
4-از واکنش 005/0مول فلز سدیم با آب در دما وفشار ثابت به مقداری گرما آزاد می شود که این گرما می تواند g5 آب 0C56را به نقطه جوش برساند.با توجه به این داده ها، واکنش زیر در همان شرایط برحسب کیلوژول چه قدراست؟
( g.mol-1 23 Na= ، j.g-1.oC-1 18/4 CH2O: ) (aq)+H2(g) 2NaOH 2Na(S)+2H2O(l)
1)1076+ 2)538+ 3)234- 4)368-
5-g3/1 گلوکز ( C6H12O6 ) براثرسوختن در اکسیژن خالص گرمایی آزاد می کندکه دمای g1000آب را از oC15به oC20 می رساند.آنتالپی سوختن گلوکزچند کیلوژول برمول است؟(ظرفیت گرمایی ویژه آب j.g-1.oC-118/4 است.)
) g.mol-1 H=1، C=12،O=16 )
1)20900+ 2)2900- 3)2808+ 4)2808-
6-با توجه به دو واکنش زیر ،آنتالپی تبخیر آب چند کیلوژول است؟
Kj2056- 3CO2(g)+4H2O(g) C3H8(g)+5O2(g)
Kj2220- 3CO2(g)+4H2O(l) C3H8(g)+5O2(g)
1)41 2)41- 3)164 4)164-
7-آنتالپی تبخیر آب kj.mol-141 وآنتالپی سوختن متان kj.mol-1890-است.چند میلی لیتر متان در شرایط STP باید بطور کامل بسوزد تا گرمای حاصل از آن بتواند g10 آب oC25 را تبخیر کند؟( ظرفیت گرمایی ویژه آب j.g-1.oC-118/4 است ).
( g.mol-1 O=16 ،H=1 )
1)9/78 2)573 3)652 4)740
8-درکدام واکنش زیر گرمای بیشتری آزاد می شود؟
1) H2(g)+I2(g)2HI(g) 2) 2HI(g) 2H(g)+2I(g)
3) H2(g)+I2(g)2HI(l) 4) 2HI(l) 2H(g)+2I(g)
9-با توجه به واکنش های زیر: kj6/1225- = PCl3(g) 4 P4(S)+6Cl2(g)
Kj 3/2967- P4O10(S) P4(S)+5O2(g)
Kj2/84- = PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)
Kj7/285- POCl3(g) PCl3(g)+
واکنش 10POCl3(g) P4O10(S)+6PCl5(g) برحسب کیلوژول کدام است؟
1)1/1841+ 2)1/610- 3)7/830+ 4)5/1620-
10- با توجه به داده های جدول:
واکنش
1010-
4N2(g)+3H2O(l) 2NH3(g)+3N2O(g)
317-
N2H4(l)+H2O(l) N2O(g)+3H2(g)
143-
N2H4(l)+H2O(l) 2NH3(g)+
286-
H2O(l) H2(g)+
واکنش N2(g)+2H2O(l) N2H4(l)+O2(g) برحسب کیلوژول کدام است؟
1)5/193- 2)5/622- 3)5/748- 4)5/1003-
11- از سوختن کامل2/1 گرم کربن جامد (به صورت گرافیت) و 4/0 گرم هیدروژن در اکسیژن کافی ، در مجموع kj7/96 گرما در دما و فشار ثابت آزمایشگاه به دست می آید.از سوی دیگر ازسوختن کامل g6/1 متان در اکسیژن کافی ،گرمایی برابر kj2/89 در همان دما و فشارثابت آزاد می شود.با توجه به آن گرمای واکنش زیر بر حسب کیلوژول چه مقدار است؟
CH4(g) C(S,graphite)+2H2(g) ( g.mol-1 12=C ، 1=H )
12-از سوختن g1 هیدروژن اتمی در اکسیژن در oC25 وatm1 گرمایی برابر kj9/338 آزاد می شود.از سوی دیگر از سوختن 1گرم گاز هیدروژن در اکسیژن در شرایط داده شده ،گرمایی برابر kj9/120 آزاد می شود.با توجه به معلومات داده شده ،آنتالپی پیوند H-H برحسب کیلوژول بر مول کدام است؟
1)109 2)218 3)328 4)436
13)اگر برای شکستن پیوندها در یک گرم از گازهای H2،Cl2 وHCl وتبدیل آن ها به اتم های گازی مربوط به ترتیب218 ، 4/3 و 8/11 کیلوژول گرما لازم باشد، واکنش گازی 2HCl(g) Cl2(g)+H2(g) چند کیلوژول است؟ ( g.mol-1 5/35 Cl= )
1)4/182- 2)3/866- 3)188- 4)184-