Μάθημα : Χημεία Προσανατολισμού - Κεφάλαιο 2

Κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης μεταβάλεται η χημική ενέργεια του συστήματος, καθώς τα αντιδρώντα και τα προϊόντα έχουν διαφορετική χημική ενέργεια.

Ενδόθερμη χαρακτηρίζεται μια αντίδραση στην οποία τα προϊόντα έχουν μεγαλύτερη χημική ενέργεια από τα αντιδρώντα. Η επιπλέον ενέργεια απορροφάται από το περιβάλλον υπό μορφή θερμότητας. Αυτό έχει σαν συνέπεια η θερμοκρασία του περιβάλλοντος να μειώνεται αφού χάνει ενέργεια (Q<0) ενώ η ενθαλπία του συστήματος να αυξάνεται (ΔΗ>0).

Εξώθερμη χαρακτηρίζεται μια αντίδραση στην οποία τα προϊόντα έχουν μικρότερη χημική ενέργεια από τα αντιδρώντα, με αποτέλεσμα το πλεόνασμα ενέργειας να εκλύεται στο περιβάλλον με τη μορφή θερμότητας αυξάνοντας τη θερμοκρασία του. Προφανώς ισχύουν ακριβώς τα αντίθετα από ότι στην περίπτωση της ενδόθερμης (Q>0 και ΔΗ<0).

Όταν η πίεση παραμένει σταθερή, η μεταβολή της ενθαλπίας του συστήματος ισούται με την θερμότητα που εκλύεται ή απορροφάται. Η ενθαλπία ΔΕΝ είναι όμως θερμότητα. Ένα σύστημα έχει ενθαλπία (είναι καταστατική ιδιότητα) όχι όμως θερμότητα. Θερμότητα είναι η ενέργεια που δίνει ή παίρνει ένα σώμα. Για να υπάρχει μεταφορά θερμότητας απαραίτητη προϋπόθεση είναι να υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο σύστημα και στο περιβάλλον του. Η θερμότητα μεταφέρεται πάντα από το πιο θερμό στο πιο ψυχρό.

Η μεταβολή στην ενθαλπία ενός συστήματος αναφέρεται στην χημική αντίδραση όπως αυτή περιγράφεται από την χημική εξίσωση:

CH_4(g) + 2O_2(g) ⟶ CO_2(g) + 2H₂O_(l) +890KJ

Κατά την καύση 1 mol CH₄ με 2 mol Ο₂ παράγονται 1 mol CO₂ και 2 mol H₂O και απελευθερώνονται 890KJ ενέργειας (Q>0)

2CH_4(g) + 4O_2(g) ⟶ 2CO_2(g) + 4H₂O_(l) ΔΗ=-1780KJ

Κατά την καύση 2 mol CH₄ με 4 mol Ο₂ παράγονται 2 mol CO₂ και 4 mol H₂O και απελευθερώνονται 1780KJ ενέργειας (ΔΗ<0)

Η μεταβολή της ενθαλπίας εξαρτάται από την φύση των αντιδρώντων, την φυσική κατάσταση αντιδρώντων και προϊόντων καθώς και από τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Για το λόγο αυτό ορίζεται η Πρότυπη Ενθαλπία Αντίδρασης μιας ουσίας στην πιο σταθερή μορφή της σε θερμοκρασία 25◦C και πίεση 1Atm, και για τα διαλύματα για C=1M.

1. Για τον σχηματισμό 15g ΝΟ απαιτούνται 36 kJ ενέργειας. Να βρείτε την ενθαλπία της αντίδρασης

½ N₂ + ½ O₂ ⟶ NO

2. Η ατελής καύση του C προς CO περιγράφεται από την αντίδραση:

C + ½ O₂ ⟶ CO +100ΚJ

Nα υπολογίσετε την μεταβολή της ενθαλπίας του συστήματος κατά την παραγωγή 4,48L CO (μετρημένα σε S.T.P.).

3. Για τον σχηματισμό ποσότητας αμμωνίας καταναλώθηκαν 6,72 L Η₂ (μετρημένα σε  S.T.P.) και απολευθερώθηκαν 2,2 Kcal θερμότητας. Να υπολογίσετε τη μεταβολή της ενθαλπίας της αντίδρασης  Ν₂ + 3Η₂ ⟷ 2ΝΗ₃ καθώς και το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση 340g NH_3.

    

4. Πραγματοποιείται η αντίδραση: Ba(OH)₂ + 2NH₄Cl ⟶ BaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O σε ανοιχτό γυάλινο ποτήρι ζέσεως και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Ακουμπώντας τα τοιχώματα του ποτηριού κατά τη διάρκεια της αντίδρασης παρατηρούμε ότι έχει κρυώσει. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

   α. Η αντίδραση είναι ενδόθερμη.

   β. Η μεταβολή στην ενθαλπία του συστήματος είναι αρνητική.

   γ. Η συνολική ενέργεια των προϊόντων είναι μεγαλύτερη από την συνολική ενέργεια των αντιδρώντων.

   δ. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης υπάρχει μεταφορά ενέργειας από το περιβάλλον στο σύστημα.

   ε. Μετά το τέλος της αντίδρασης θα υπάρξει μεταφορά θερμότητας από το περιβάλλον στο σύστημα.

    

5. Σε ένα διάλυμα πραγματοποιείται αντίδραση, και από τη μέτρηση των συγκεντώσεων των ουσιών Α, Β και Γ που μετέχουν σε αυτήν καθώς και της θερμοκρασίας του διαλύματος ως προς το χρόνο λαμβάνονται τα αντίστοιχα διαγράμματα C/t και Τ/t.

   Ποια αντίδραση από τις παρακάτω περιγράφεται από τα παραπάνω διαγράμματα; Nα επισημάνετε τις ασυμφωνίες των υπολοίπων αντιδράσεων με τα διαγράμματα.

    

   α.   2Α_(aq) + Β_(aq)  ⟶  Γ_(aq)      +  Q                         β. Α_(aq) +   2Β_(aq) ⟶ 2Γ_(aq)     ΔΗ>0

    

   γ.   Γ_(aq)  ⟶   2A_(aq)  +  B_(aq)    +Q                           δ. Γ_(aq)  ⟶   A_(aq)  +  2B_(aq)     -Q             

    

   ε.   Γ_(aq)  ⟶   A_(aq)  +  2B_(aq)     ΔΗ<0                     στ. Γ_(aq)  ⟶   2A_(aq)  +  B_(aq)     ΔΗ>0