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 !!!