IZ TESTAZA1. RAZRED) PONAVLJANJE(STEHIOMETRIJA
- 6. PTEdAVANJE
ZADACI: 2,789FeSO, x xHrO masase smanjilaza 1,269zbogisparavanja 1. Zagrljavanjem vode.Kojaje formulatog sPoja?
je 2. Odrediempirijskuformuluspojakoji nastajespajanjemZeliezai kisika,ako da se 11,2g leliezaspojilos 4,89kisika! analizomuzorkatog spojadokazano
raspadana kalcijevoksidi ugljikov(lV)oksid' 3. Kalcijevkarbonatse zagrijavanjem lzradunaj: 200k9kalcijevaoksida a) masukalcijevogkarbonatapotrebnogza proizvodnju (lV)oksidanastatiovomreakcijom! b) kolikoce molekulaugljikova
2. RAZRED
E N E R GIJA I K E MIJS K EP R OMJENE
Kemijskeveze i kemijskaenergija - moZese re6ida je energija"ono"Stoobjektposjeduje akoje sposobanobavitineki rad taj objektmoZeimatipofencijalnuili kinetiiku energiju - kineticku energiju(E*)imaobjektu kretanju. To je energijaovisnao masii brzini ^,.2
objekta(E* : ri).
objektsamoakose ta energija Potencijalnu energiju(Eo)posjeduje
energijukojase moZeprevestiu kinetickuenergiju.Tvaritakoderimajupotencijalnu zoveKEMIJSKAENERGIJA. - kemijskavezaodredujerazinupotencijalne spojeva,odnosno energijekemijskih kemijskuenergiju - trlekomsvakekemijskereakcijevezese stvarajui razaraju(zatosvakukemijsku promjenupratiodredenapromjenaenergijekojaje rezultatrazlikeenergije"utroSene" za "oslobode pri razaranjeveza i energije ne" njihovomstvaranju) E n e r g i j ai to p l i n a - sustavomse smatraonajdio svijetakojise Zelipromatrati(npr.smjesatvarigdje se upravodogadakemijskareakcija), a sve ostaloje okolina(gdjegranicaodvaja sustavod okoline npr.stijenkatikvicegdjese dogadakemijskareakcija) - izoliranisusfay je onajsustavu kojemgranicane omogucavani prijenosenergije, ni prijenos tvariizmedusustavai okoline - energijasusfayaje mjerakojapokazujekolikije kapacitettog sustavada obavineki rad ili proizvede toplinu - radomse smatraenergijautro5ena na pokretanje nekogobjekta,nasuprotsilama kojedjelujuna objekt(npr.podizanjeuteganasuprotsileteZe),a toplinaje energijakoja je prenesenaizmedusustavai okoline:> rad i toplinasu dva osnovnanacinaprijenosa energijeiz sustavai u sustav - znanostkojaistraZujepretvorbuenergijese zovetermodinamika - energijakojase razmijeni izmedusustavai okolineu oblikutoplinemjerise promjenom temperature kojuizaziva:>posebniuredajiu kojimase provodemjerenja toplinereakcijese zovuKALORIMETRI, a metodaje kalorimetrija - svetvariimajuodredeniTOPLINSKIKAPACITET (C) pa moguapsorbirati ili je omjerizmedu oslobadatitoplinua da se kemijskine promijene.Toplinskikapacitet apsorbiranetopline (Q) i prirastatemperature(Lt):
c: ^ot LllrctlJ
- SPECIFICTlfOpllNSK| KAPACITET(c)ie omjertoptinskog kapacitetai mase je tvari,a MOLARNITOPLINSKIKAPACITET(C,,') omjertoplinskogkapacitetai mnoiine tvari:
c:q lrn'^']
c.:;[r'nor 'r']
je toplinuod 490 kJ: ZADATAK1. Komadaluminija mase1 kg apsorbirao a) kolikijeprirasttemperature toplinski tog komadaaluminija akoje specifi6ni k a p a c i t ealt u mi n i j0a,9 0Jg -1 K -1 ; b ) k o l i ki j emo l a rnto i p l i n ski ka p acitet aluminija ?
Entalpija - energijanekogkemijskog kaoSto sustavane moZese mjeritiizravnoinstrumentom - izradunati se temperatura mjeritermometrom se moZesamoprirastenergije(LE)za odredenureakciju - kemijskereakcijeuglavnomse izvodeuz stalantlak,a toplinakojase oslobodiili utroSitijekomtakvihreakcijazovese ENTALPIJA(AH):Q: AH (p : konst.) - valnoje shvatitida ukupnaentalpija sustava,pa takoni podetnani konadnane moZebitipoznata- eksperimentalno se moie odreditisamoPRIRASTENTALPIJE - Hreaktanti (AH): AH : Hprodukti
- kadasustavpredajetoplinuokolini,njegovse energetski sadrZajsmanjujepa predanatoplina,odnosnoprirastentalpije, predznak(AH< 0). lstotako dobivanegativan je prirastentalpije predznakom (AH> 0),jer je reakcijakojeuzimajuenergijus pozitivnim sustavpostaoenergetskibogatiji - svakiprocesu kojemse oslobadatoplinase zove EGZOTERMANPROCES(AH< 0), a svakiprocesu kojemse froSitoplinaje ENDOTERMAN PROCES(LH > 0) - pri proudavanju toplinekojase oslobadaili troSitijekomkemijskereakcije, jednadZbe kemijskih reakcijase pi5una odredennadin,npr: 2 H z@ + Oz(sl-> 2 H 2 O(s) ; A rH: - 483,6kJmol- 1:> ooodim ese ovajednadZ ba, je to, Stoje za svaki tzv.TERMOKEMIJSKA JEDNADZBA, razlikuje od uobidajene je navedenai reaktanti produktuvijeknavedeno agregatno stanje,a uz jedandZbu vrijednostREAKCIJSKE ENTALPIJE(L,H) kojojjejedinicakJmol-1 - jo5 jednaentalpijaje SIANDARDNAENTALPIJASfyARANJA (LrHo)i to je pretvorbe reakcijska entalpija u kojojnekatvarnastajeiz elementarnih tvariu standardnom stanju(s timeda ona kod elementarnihWariiznosi0) - poznajuli se standardne prirast entalpije stvaranja spojeva,moZese izradunati - Hleartanri reakcijskeentalpije:arHo: Hlroourti , gdjeje: H l r o o u:rtirl u o l l tH l vrijednost broja] stehiometrijskog I lulj" znakza apsolutnu : I l u..lltHl Hro"rr,trnri
: r l v ol l , H i - r l r , l l , H l arHo
gorenjamagnezija. ZADATAK2.lzratunajtereakcijsku entalpiju Je li to egzoterman procespri 100kPa i 25oC? ili endoterman
- iz poznatihvrijednostientalpijaizgaranja(L"Ho)i entalpijastvaranja(!Ho) moZese predvidjeti prirastentalpije za bilokojureakciju, daki onu kojaje eksperimentalno nemoguca;to je mogucezbogprirodnogzakonao ocuvanjuenergije(PRVIZAKON TERMODINAMIKE) koji glasi:Energijase ne moie ni stvoritini uniStiti,energijase moie jednog samo prevestiiz oblika u drugi.
(lV) ZADATAK3. Trebaizracunati du5ikova standardnu reakcijsku entalpiju stvaranja oksidaiz du5ikai kisika: a) izravnomreakcijom prekodu5ikova (ll) oksida? b) reakcijom
- toplinakoja se razvijailiveZe pri kemijskojreakcijipri stalnomtlaku ovisi samo o pocetnomi konainom stanjureaktanatai produkata,a ne o putu kojimreakcijateie - cinjenicada se ukupnareakcijskaentalpijadobivazbrajanjementalpijasvihkoraka na koje se moie rastavitireakcijapoznataje kao HESSOVZAKON
Reakcijekoje se zbivajusame od sebe - mnogi,ali ne svi,spontanidogadajipracenisu smanjenjem potencijalne energije, je jedan pa smanjenje energije reakcije:> Z?to od dimbenika kojiutjedena spontanost egzotermnereakcijeteie spontanosti - pri otapanjunatrijeva hidroksida u vodi,temperatura otopineraste(tajspontani procesje egzoterman); procesiotapanjamogubitikatkadspontanino i endotermni npr.otapanjeamonijevog klorida - u oba navedena primjeraukupnaenergijaotopinei njezineokolineostaje nepromijenjena - priegzotermnom alije za jednakiznos otapanjuenergijaotopinese smanjila, energijaokolineporasla - tijekomendotermnog ali se energijaokoline otapanjaenergijaotopinese povecala, smanjila - u obaslucajanemadobitnogprirastaenergije- zaStose takviprocesiondauopce dogadaju?:> energijaitvariteie disperziji(neredu)
Entropija - poznatoje da se neStoStodonosineredlakSedogadaod nedegaStodonosired - u termodinamici imamofizickuvelidinuentropiju (S) kojaopisujestupanjnereda susfava - Sfoje veca vrijednostentropije,vecije i stupanjneredasusfavapa je i veca vjerojatnost napredovanja procesa - kao i entalpija,i entropijaje funkcijastanja, ito znaii da ovisisamo o stanju susfava,pa je i prirastentropijeneovisano putupretvorbe AS : Slon"eno- Spoeetno, odnosno:
AS : Sprodukti- Sreaktanti
:> Cinitetlikoji utjeduna entropiju: - ho6eli prirastentropije (er ili negativan, bitipozitivan 6estonijemogucepredvidjeti mogubiti on ovisio vi5edimbenika kojicestodjelujuistodobno, a njihovadjelovanja suprotna) - npr.entropija rasteako se volumenplinapove6a:> tu je nesredenost sustavaveca jer se povecava pa je dakle mogucnost kineticke razlicitosti energijemolekula, plinovaspontanproces ekspanzija - opcenitovrijedida plinoviimajuvelikuentropijuu usporedbis tekucinamaili dvrstim tvarima,pa su promjeneu kojimatvariz tekucegili dvrstogstanjaprelaziu plinovito pra6eneporastomentropije - kad vladasavrSeni red izmedudesticaa to je na temperaturi od 0K, znaii daje entropijaminimalna:>S: 0. Porastomenergije(povi5enjem temperature) destice poiinju titratioko ravnoteZnog poloZajai neredraste :> Promjenaentropijepri kemijskimreakcijama: - tijekomkemijskih reakcijau kojimanastajutvariu plinovitom stanju,ili su pak je jednostavno plinovitom predznakprirasta predvidjeti reaktanti u stanju,obidno plinovitog i to zatojer je entropija entropije tekucegili stanjamnogove6aod entropije dvrstogagregatnog stanja npr.termidkarazgradnja (natrijevog hidrogenkarbonata) : sodebikarbone -> 2 N a H CO,(s) N a rC O.l sy + CO, r st+ HzOts)AS ; >0
-zato Stoje brojplinovitih produkata (u ovom reaktanata ve6iod brojaplinovitih slucajuih uopcei nema),moZese predvidjeti za tu reakciju da je prirastentropije pozitivan - obrnutoje, npr.kodove reakcije. CaOlry+ SOr,n, - medutimkakoovo objasniti:Hr(nl-t 2H(s);AS > 0 ? Prirastentropiie ie pozitivan jer reakcijanapredujeu smjerupoveCanjabroja iestica, odnosnosmanjenjastupnja sloienostimolekule. :> Entropijaokoline i ukupnaentropija: - kad god se odigraneki sponfanidogadaj,onje popradenporastomentropije - pod svemiromse podrazumijeva svemira(ASrrrpno) sustavi okolina,a ne samosustav ( D R U GZTA K ONT E R MOD T N A MTKE) - ukupanprirast entropijesvemiraje jednak zbrojuprirasta entropijesusfavai entropije okoline:ASr*rpno - AS + ASor<olina
- prirastentropije jer je negativnoj prirastaentalpije okolineproporcionalan vrijednosti je toplinukojuje sustavizgubioprimilaokolina - jednakprirastentalpije moZe,medutim,uzrokovati razlicitprirastentropijeu :> razlicitim okolnostima kadje okolinajakozagrijana, u njojse molekulevec gibajujako kaoticnopa malidotoktoplinedjelujevrlomalona porastnereda.Akoje okolinahladna, jednakdotoktoplinemoZeuzrokovati znatnijepovecanje neredaa time i ve6epovecanje entropije. Zatoje prirastentropije okolineobrnutoproporcionalan temperaturi: : : ASoxorina + (p: konst.),pa je: ASr*uonoAS +( +) :> Standardnamolarnaentropija: - za razlikuod entalpije, je moguce podataka, radunom na temeljueksperimentalnih odreditii vrijednost molarneentropije(S,) neketvarina temperaturi viSojod 0K - pri apsolutnojnuli red u savrSenomkristaluje najvecia entropijanajmanja,pa kaZemo:Pri apsolutnojnuli entropijasavr5enosredenekristalnetvarije nula (TRECI ZAKONTERMODTNAMTKE) - jedinicamolarneentropijeje Jmol-1K-1 - odredenapri 100kPaje standardnamotarnaentropija(Sl) i ona nam pi5eu tablicama - reakcijskaentropijase raiuna prema izrazu. A:S : rlvlS[ (produkata)- tlvlS; (reaktanata) ZADATAK4.lzraeunaj: pri 25oCza reakcijunastajanja reakcijsku vodeiz vodikai a) standardnu entropr.lu kisika (podatkepotraZite u b) kolikice bitiprirastukupneentropijepri istojtemperaturi tabliciu dodatku) c) zakljudite da lije reakcijaspontana?
TALIENJE 5,t 5,
ffi
CvrstaWar
tsPARrvANlE S^>5'
@ tekutina
OTAPANJE > Sotup"lo+swu, sotopina
BBsBTB
ffiffiqg tvdr koia s,eotapat::: .....
ZACR|lAVANIE 5, )5,
' ,]n,.rilll ,l rj i ;i l i :i l ,i iil
sustavpri I,
Gibbsovaenergija - u reakcijistvaranjavode iz vodikai kisikasu prirastientalpijei entropijemanjiod nule: 2 H z ' , t +Ozrs) (A S< 0 ) k J m o l - 1 K-1 procesa (LH < 0), dok prirastrekciiske - reakcijskaentatpijaukazujena spontanosf procesa(AS < 0) entropijeukazuiena nespontanost kojaje dovoljnovelika - spontanost njenavelikaegzotermnost te reakcijeomogucava da nadvladanegativnuvrijednostreakcijskeentropije - u stuiajevimakada reakcijskaentalpijai entropijaupu1uiuna medusobno smjerreakcije,temperaturapri kojojse reakciiaodviiaie iimbenik koii suprotstavtjen odredujesmier reakciie - dakletri cimbenikatreba uzetiu obzir pri odredivanjuspontanostineke kemijskereakcije: 1) prirastentalpije 2) prirast entropije 3) temperaturureakcije G: H- T S - Gibbsovaenergija(G) ukljuduje dimbenike: sve navedene - navedeniizrazje postavioGibbsna osnovidrugogzakonatermodinamike - kao Stose apsolutniiznosne moZeodreditientalpiji,ne moZese odreditini energiji Gibbsovoj - pri stalnomtlaku i temperaturi, prirastGibbsoveenergiieie iednak razliciprirasta pri koioise promienazbiva: AG : entatpijei prirastaentropijepomnoZenetemperaturom jednadZbikemijske jedna od najvaZnijih AH - T AS :> ta je jednadZba termodinamike.Onaje iskazza ukupanprirastentropiie(AS.r.t"u+ Asokotina) - va2noje da pri konstantnoj temperaturii tlakuce promienebitispontaneako su pra1enesmanieniemGibbsoveenergiiesusfava - Gpode,no (da bi - Gibbsova je funkcijastanjapa vrijedi:AG : Glon.eno energija dogadajbio spontanAG trebaimatinegativanpredznak)
Shematskiprikaz uvjetaza spontanost procesa: AH
spontansamo pri visokoj temperaturi nespontanpri nespontan svakoj samopri niskoj temperaturi temperaturi
- na krajusvih razmatranja moZese recida egzotermnespontanereakcijepokrece reakcijepokrece kojustvarajuu okolini,a spontaneendotermne velikiprirastentropije velikiprirastentropijekojustvarajuu sustavu jednoggramaamonijaka toplina ZADATAK5. Pri izgaranju uz stalantlakoslobodena i z n o s1i 6 , 63kJ. a) kolikaje reakcijska entalpija; je izgaranja da je vodau plinovitom b) kolika entalpija amonijaka uz pretpostavku stanju? pritemperaturi ZADATAK6. Pri pripremibakrova(l) oksidasintezomiz elemenata od 25oCitlaku 100kPaoslobodise toplina166,7kJ po molunastalogprodukta. jednadZbu reakcijesinteze a) napi5itermokemijsku prirastentalpijepri razlaganju b) izracunaj 0,5 molabakrova(l) oksidana elemente pri istimuvjetima! podatke: ZADATAK7. Prou6islijedece termokemijske -> N Orn+, N Or,n ,A r H: 39,7kJm ol- l N r O .( s )
*to^n, INrrsr 7 Nzrsl* or(nl i izracunajte reakcijsku raspadaNrO.<glnd Nz(s) i O2(s)! entalpiju (A:S)pristalnomtlakui reakcijsku ZADATAK8. lzradunajte standardnu entropUu 25oCza reakciju:
soz<s) * t o^n neredu reakcijskoj smanjujetom smanjujetom reakcijom smjesi. ZADATAK9. lzradunajte tekucegmetanolapri25oCi standardnu molarnuentropiju 10 0 k P a . DOMACAZADACA(6) jednadZbi 1. Na temeljutermokemijskih reakcijaodreditekojisu procesiendotermni, a kojiegzotermni:
CaCO.,r,na 2.lzra1,unajte reakcijsku standardnu entalpiju termickograspadanja pr it- - 25oCip: 100kPa? C a O 1 ri C l O2 (s). Je l i to e n d o te rmna iliegzoter mna r eakcija 1kgkalcijeva 3. lzradunajte utro5enu toplinupristalnomtlakui2SoCzaproizvodnju 1) . -5 9 ,4 k a r b i d a( ArH o(C a C r,r,): kJmol -> CaOlry+ 3C1.y CaCr,r,+ CO,n, jednogm olaetina( acetilena) pr i25oCi100kPaje 4 . T o p l i n ao sl o b o d e ni a zg a ra n jem 1. - 1299,54kJmol Odreditestandardnu plinovitog etina.(CrHr,n,+ entalpiju stvaranja -> 2 co z@)+ H 2 o 1 1 y) *o r , n , jednadZbi 5. Na temeljuslijedecih termokemijskih reakcijagrafitas vodenomparom: C (grafit)+ HrO,n, C (grafit)+ 2HrO,n,-> + 2H2s; A'H : 90 kJmol1 COz<s) -> izracunajte A,Hza reakciju: 2CO(s) C (grafit)+ COr,n,.