8. TERMOKEMIJA _rjesenja_

8/22/2019 8. TERMOKEMIJA _rjesenja_

1/25

8. TERMOKEMIJA

8.1. Vidi STEHIOMETRIJA

Primjenimo Dulong-Petitovo pravilo:

Molarni toplinski kapaciteti elemenata u krutom (vrstom) stanju priblino su isti i iznose otprilike26 J K

1mol

1

Specifini toplinski kapacitet pri stalnom tlaku definiran je omjerom:

Cp,mcp=

M

Toplina potrebna za zagrijavanje uzorka bakra mase 250 g je:

Cp,m 0,026 kJ K1

mol1

q= cp(Cu) m(Cu) T m(Cu) T 0,250 kg 85 K 8,694 kJM(Cu) 0,06355 kg mol

1

Masa aluminija koja bi se mogla zagrijati tom toplinom je:

q M(Al) 8,694 kJ 0,027 kg mol1

m(Al) = 0,106 kg 106 g

Cp,m T 0,026 kJ K1

mol1

85 K


Toplina koja sa eljeza prelazi na vodu pri hlaenju s 800 na 50 C je:

Cp,m 0,026 kJ K1

mol1

q= cp(Fe) m(Fe) T m(Fe) T 1,0 kg 750 K 349 kJ

M(Fe) 0,05585 kg mol

1

q 349 kJm(H2O) = 2,78 kg

cp(H2O) T 4,182 kJ K1

kg1

30 K


Toplina potrebna za zagrijavanje vode je:

q= cp(H2O) m(H2O) T = 4,182 kJ K1

kg1

80 kg 65 K = 21 746 kJ

q 21 746 kJV(plin) = = 2,16 m

3

kalorina mo iskoritenje 16 750 kJ m3

0,60

Formatted:Portuguese

(Brazil)

Formatted:Portuguese(Brazil)







2/25


q= [cp(Fe) m(Fe) + cp(H2O) m(H2O)] T

Cp,m= [ m(Fe) + cp(H2O) m(H2O)] T

M(Fe)

0,026 kJ K1mol1

= [ 30 kg + 4,182 kJ K1

kg1

100 kg] 65 K = 28 091 kJ0,05585 kg mol

1

1 kWh = 3,6 106J

28,091 106J

E= = 7,803 kWh3,6 10

6J kWh

1


q= [cp(Cu) m(Cu) + cp(H2O) m(H2O)] T

Cp,m= [ m(Cu) + cp(H2O) m(H2O)] T

M(Cu)

0,026 kJ K1

mol1

= [ 1 kg + 4,182 kJ K1

kg1

2,5 kg] 6 K = 65,18 kJ0,06355 kg mol

1

65,18 kJOgrijevna vrijednost ugljena = 32 600 kJ kg

1

0,002 kg


Ep= Ek= q =m g h = 1 kg 9,8 m s2

10 m = 98 kg m2s

2= 98 J

Specifini toplinski kapacitet eljeza izraunat emo primjenom Dulong-Petitova pravila

Cp,mcp(Fe) =

M(Fe)

Odavde proizlazi:

q q M(Fe) 98 J 55,85 g mol1

T(Fe)= = = = 0,21 K

cp(Fe) m(Fe) Cp,m m(Fe) 26 J K1

mol1

1000 g

q q M(Cu) 98 J 63,55 g mol1

T(Cu)= = = = 0,24 K

cp(Cu) m(Cu) Cp,m m(Cu) 26 J K1

mol1

1000 g

q q M(Al) 98 J 27 g mol1

T(Al)= = = = 0,10 K

cp(Al) m(Al) Cp,m m(Al) 26 J K1

mol1

1000 g


(Brazil)



(Brazil)


(Brazil)





(Brazil)



(Brazil)


3/25


Primjenimo Dulong-Petitovo pravilo da bismo doznali priblinu vrijednost relativne atomske maseelementa E.

Cp,mcp(E) =

M(E)

Odavde proizlazi:

Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) = = 111 g mol

1

cp(E) 0,235 J K1

g1

Maseni udio kisika u oksidu je 6,9 %. Prema tome maseni udio metala u tom oksidu je 93,1 %.

w(E) w(O) 93,1 6,9N(E) : N(O) = : = : = 0,84 : 0,43 = 2 : 1

Mr(E) Mr(O) 111 16

Formula oksida tog elementa je E2O.

Odavde proizlazi:

w(E) w(O) = 2 Mr(E) Mr(O)

w(E) Mr(O) 93,1 16Mr(E) = = = 107,9 Ag2O

2w(O) 2 6,9


Postupamo na slian nain kao u zadatku 8.7.

Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) = = 216 g mol

1

cp(E) 0,12 J K1

g1

w(E) w(O) 92,83 7,17N(E) : N(O) = : = : = 0,43 : 0,45 = 1 : 1 EO

Mr(E) Mr(O) 216 16

w(E) w(O) 86,62 13,38N(E) : N(O) = : = : = 0,40 : 0,84 = 1 : 2 EO2

Mr(E) Mr(O) 216 16

w(E) Mr(O) 92,83 16Mr(E) = = = 207,15 PbO

w(O) 7,17

w(E) 2Mr(O) 86,62 2 16Mr(E) = = = 207,16 PbO2

w(O) 13,38




(Brazil)





4/25


Izraunajmo najprije toplinu koju je uzorak metala predao vodi kalorimetra.

q= cp(H2O) m(H2O) T = 4,182 J K1

g1

250 g 1,65 K = 1725 J

q 1725 Jcp(E) = = = 0,440 J K

1g

1

m(E) T 50 g 78,35 K

Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) = = 59 g mol

1

cp(E) 0,440 J K1

g1

8.10.Vidi STEHIOMETRIJA

Raunano po Koppovu pravilu:

Cp,m(NaCl) = Cp,m(Na) + Cp,m(Cl) = (26 + 26) J K1

mol1

= 52 J K1

mol1

Cp,m(NH4NO3) = 2Cp,m(N) + 4Cp,m(H) + 3Cp,m(O) = (26 + 40 + 54) J K1

mol1

= 120 J K1

mol1

Cp,m(C2H5OH) = 2Cp,m(C) + 6Cp,m(H) + Cp,m(O) = (16 + 60 + 18) J K

1

mol

1

= 94 J K

1

mol

1

Cp,m(C6H6) = 6Cp,m(C) + 6Cp,m(H) = (48 + 60) J K

1mol

1= 108 J K

1mol

1

Opano:

Cp,m(NaCl) = cp(NaCl) M(NaCl) = 0,854 J K1

g1

58,44 g mol1

= 49,9J K1

mol1

Cp,m(NH4NO3) = cp(NH4NO3) M(NH4NO3) = 2,14 J K1

g1

80,04 g mol1

= 171J K1

mol1

Cp,m(C2H5OH) = cp(C2H5OH) M(C2H5OH) = 2,35 J K1

g1

46,07 g mol1

= 108 J K1

mol1

Cp,m(C6H6) = cp(C6H6) M(C6H6) = 1,67 J K1

g1

78,11 g mol1

= 130 J K1

mol1


Raunano po Koppovu pravilu:

Cp,m(KCl) = Cp,m(K) + Cp,m(Cl) = (26 + 26) J K1

mol1

= 52 J K1

mol1

Cp,m(KNO3) = Cp,m(K) + Cp,m(N) + 3Cp,m(O) = (26 + 13 + 54) J K1

mol1

= 93 J K1

mol1

Cp,m(NaNO3) = Cp,m(Na) + Cp,m(N) + 3Cp,m(O) = (26 + 13 + 54) J K1

mol1

= 93 J K1

mol1

Cp,m(Na2SO4) = 2Cp,m(Na) + Cp,m(S) + 4Cp,m(O) = (52 + 26 + 72) J K1

mol1

= 150 J K1

mol1

Opaeno:

Cp,m(KCl) = cp(KCl) M(KCl) = 0,71 J K1

g1

74,56 g mol1

= 53 J K1

mol1

Cp,m(KNO3) = cp(KNO3) M(KNO3) = 0,96 J K1

g1

101,11 g mol1

= 97J K1

mol1

Cp,m(NaNO3) = cp(NaNO3) M(NaNO3) = 1,13 J K1

g1

84,99 g mol1

= 96J K1

mol1

Cp,m(Na2SO4) = cp(Na2SO4) M(Na2SO4) = 0,96 J K1

g1

142,04 g mol1

= 136J K1

mol1




(Brazil)Formatted:Portuguese(Brazil)






5/25


cp(H2O) = 4,182 J K1

g1

Cp,m(H2O) = 4,182 J K1

g1

18 g mol1

= 75,3 J K1

mol1

Cp,m(H2O) 75,3 J K1

mol1

q= T= 1 K = 1,25 10

22J

NA 6,022 1023

mol1


CO2 - molekula linearne grae, CV,m20,8 J K1

mol1

CV,m 20,8 J K1

mol1

cV(CO2) = = 0,473 J K

1g

1

M(CO2) 44 g mol1

NO - molekula linearne grae, CV,m 20,8 J K1

mol1

CV,m 20,8 J K1

mol1

cV(NO) = = 0,693 J K

1g

1

M(NO) 30 g mol1

N2O - molekula linearne grae, CV,m20,8 J K1

mol1

CV,m 20,8 J K1

mol1

cV(NO) = = 0,473 J K

1g

1

M(NO) 44 g mol1

C2H4 - molekula nelinearne grae, CV,m 24,9 J K1

mol1

CV,m 24,9 J K1

mol1

cV(C2H4) = = 0,889 J K

1g

1

M(C2H4) 28 g mol1


NH3 - molekula nelinearne grae, CV,m 24,9 J K1

mol1

CV,m 24,9 J K1

mol1

cV(NH3) = = 1,46 J K

1g

1

M(NH3) 17 g mol1

CH4 - molekula nelinearne grae, CV,m 24,9 J K1

mol1

CV,m 24,9 J K1

mol1

c

V(CH

4) = = 1,55 J K

1g

1

M(CH4) 16 g mol1

NO2 - molekula nelinearne grae, CV,m 24,9 J K1

mol1

CV,m 24,9 J K1

mol1

cV(NO2) = = 0,54 J K

1g

1

M(NO2) 46 g mol1




(Brazil)


6/25


Primjenimo Dulong-Petitovo pravilo:

Cp,mcp(E)

M(E)

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(Al) 0,963 J K

1g

1

M(Al) 27 g mol1

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(Cu) 0,409 J K

1g

1

M(Cu) 63,55 g mol1

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(Zn) 0,397 J K

1g

1

M(Zn) 65,41 g mol1

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(Cr) 0,500 J K1

g1

M(Cr) 52,00 g mol

1

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(Mg) 1,069 J K

1g

1

M(Mg) 24,31 g mol1

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(Ni) 0,443 J K

1g

1

M(Ni) 58,69 g mol1

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(Pb) 0,125 J K

1g

1

M(Pb) 207,2 g mol1

Cp,m 26 J K

1

mol

1

cp(Ag) 0,241 J K1

g1

M(Ag) 107,9 g mol

1

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(Au) 0,132 J K

1g

1

M(Au) 197,0 g mol1


Vei specifini toplinski kapacitet ima metal s manjom molarnom masom. Od nabrojanih parova to su:Na, Ti, Cr, Fe, Al.


Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) = = 215 g mol

1

cp(E) 0,121 J K1

g1





7/25


Vidi zadatak 8.7.

Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) = = 124 g mol

1

cp(E) 0,210 J K1g1

w(E) w(O) 83,53 16,47N(E) : N(O) = : = : = 0,67 : 1,03 = 1 : 1,5 = 2 : 3

Mr(E) Mr(O) 124 16

Formula oksida tog elementa je E2O3.

Odavde proizlazi:

w(E) w(O) = 2 Mr(E) 3 Mr(O)

w(E) 3Mr(O) 83,53 3 16Mr(E) = = = 121,72 Sb2O3

2w(O) 2 16,47


Primjenimo Dulong-Petitovo pravilo

Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) = = 25 g mol

1

cp(E) 1,05 J K1

g1

Izraunajmo masene udjele i odredimo formulu oksida.

masa oksida 4,037 g masa metala 2,432 g

masa kisika 1,600 g

m(metal) 2,432 gw(E) = = = 0,6024 = 60,24 %

m(oksid) 4,037 g

m(kisik) 1,600 gw(O) = = = 0,3963 = 39,63 %

m(oksid) 4,037 g

w(E) w(O) 60,24 39,63N(E) : N(O) = : = : = 2,4 : 2,5 1 : 1

Mr(E) Mr(O) 25 16

w(E) Mr(O) 60,24 16Mr(E) = = = 24,32 MgO

w(O) 39,63



(Brazil)


(Brazil)





8/25


m(metal) 0,5394 gw(E) = = = 0,5291 = 52,91 %

m(oksid) 1,0194 g

w(O) = 1 w(E) = 1 0,5291 = 0,4709 = 47,09 %

w(E) 3Mr(O) 52,91 3 16Mr(E) = = = 26,97 Al2O3

2 w(O) 2 47,09

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(E) 0,964 J K

1g

1

M(E) 26,97 g mol1


Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) 67,5 g mol

1

cp(E) 0,385 J K1

g1

m(SO42

, 7H2O) = 28,755 g 6,537 g = 22,218 g

M(SO42

, 7H2O) = (96 + 7 18) g mol1

= 222 g mol1

m(SO42

, 7H2O) 22,218 gn(SO4

2, 7H2O) = = = 0,1 mol ESO4 7H2O

m(SO42

, 7H2O) 222 g mol1

m(E) 6,537 gM(E) = = = 65,37 g mol

1

n(E) 0,1 mol


w(E) = 1 w(O) = 1 0,368 = 0,632 = 63,2 %

w(E) w(O) 63,2 36,8N(E) : N(O) = : = : = 1 : 2

Mr(E) Mr(O) Mr(E) 16

Odavde proizlazi

w(E) 2Mr(O) 63,2 2 16Mr(E) = = = 54,96 MnO2

w(O) 36,8

Cp,m 26 J K1

mol1

cp(E) 0,473 J K

1g

1

M(E) 54,96 g mol1



9/25


Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) 226 g mol

1

cp(E) 0,115 J K1

g1

m(Cl) = m(klorid) m(E) = 114,82 g 79,36 g = 35,46 g

m(Cl) 35,46 gn(Cl) = = = 0,1 mol

M(Cl) 35,45 g mol1

Na osnovi specifinog toplinskog kapaciteta izraunali smo da je molarna masa metala priblinojednaka 226 g mol

1. Na temelju tog podatka moemo izraunati mnoinu metala u spoju, pa

dobivamo.

m(E) 79,36 gn(E) = = 0,35 mol

M(E) 226 g mol1

Oito je da je metal trovalentan jer na 0,1 mol klora dolaze 0,33 mola metala. Prema tome molarnamasa istraivanog metala je:

m(E) 79,36 gM(E) = = = 238,1g mol

1 UCl3

n(E) 0,3333 mol


Cp,m 26 J K1

mol1

M(E) 140 g mol

1

cp(E) 0,185 J K1

g1

Za mnoine metala i sulfatnih iona u spoju dobivamo:

m(E) 42,2 gn(E) = = = 0,301 mol

M(E) 140 g mol1

w(SO42

) = 1 w(E) = 1 0,422 = 0,578 = 57,8 %

m(SO42

) 57,8 gn(SO4

2) = = = 0,602 mol

M(SO42

) 96 g mol1

Oito je da na 1 mol metala dolaze dva mola sulfatnih iona, pa je formula istraivanog sulfata E(SO4)2.Iz podataka u periodnom sustavu elemenata moemo zakljuiti da je istraivani spoj cerijev(IV) sulfat,Ce(SO4)2.


10/25


Iz kinetike teorije plinova proizlazi da se molarna kinetika energijaestica plina moe iskazatijednaddbom:

Ek,m=32R T

Kako je kinetika energija estice u gibanju definirana jednadbom:

Ek= m v2

za srednju molarnu kinetiku energiju estica plina moemo uzeti da je jednaka:

Ek,m = Mv2

gdje je M- molarna masa plina, v- prosjena brzina molekula plina

Supstitucijom dobivamo:

Mv2=

32R T

Odavde proizlazi:

= 478 m s1

Vano upozorenje:Zbog tekoa oko pisanja matematikih izraza u daljnjem e tekstu izrazi podkorijenom biti pisani crveno. Primjerice gornji izraz bit e napisan u sljedeem obliku:

3 R T 3 8,314 J K1

mol1

293,15 Kv(O2) = =

M 0,032 kg mol1

Znak za korijen odnosi se na cijeli izraz oznaen crvenom bojom.


3 R T 3 8,314 J K1

mol1

273,15 Kv(H2) = = = 1845 m s1

M 0,002 kg mol1

v2 M (1845 m s

1)2 0,032 kg

T(O2) = = = 4367 K3 R 3 8,314 J K

1mol

1


11/25


Ek,m =52R T =

52 8,314 J K

1mol

1 300,15 K6240 J mol

1

q=52R (Tk Tp) =

52 8,314 J K

1mol

1 (600 300 K) 6240 J mol

1


Mr(H2) 2vr(CO,H2) = = 0,267

Mr(CO) 28

Mr(H2) 2vr(CO2,H2) = = 0,213

Mr(CO2) 44

Mr(H2) 2vr(NO2,H2) = = 0,208

Mr(NO2) 46


3 R Tv(H2) =

M

Da bi prosjena brzina molekula plina porasla dva puta, temperatura mora porasti etiri puta, jer setemperatura, T, nalazi u brojniku pod drugim korijenom jednadbe kojom izraunavamo prosjenubrzinu molekula.


3 R T 3 8,314 J K1

mol1

300,15 Kv(CO2) = = 412 m s1

M(CO2) 0,044 kg mol1

3 R T 3 8,314 J K1

mol1

300,15 Kv(N2) = = 517 m s1

M(N2) 0,028 kg mol1

Ek,m =52R T =

52 8,314 J K

1mol

1 300,15 K6240 J mol

1

Molarna toplina dvoatonmih plinova je:

CV,m =52R= 20,8 J K

1mol

1

CV,m 20,8 J K1

mol1

cV(CO2) = = 0,472 J K

1g

1

M(CO2) 44 g mol1

CV,m 20,8 J K1

mol1

cV(N2) = = 0,743 J K

1g

1

M(N2) 28 g mol1


12/25


Pri stalnoj temperaturi prosjena brzina kretanja molekula plina ne ovisi o volumenu plina.


Pri stalnoj temperaturi (3 R T= konst) prosjena brzina kretanja molekula obrnuto je proporcionalnadrugom korijenu njihove mase.

v(H2) : v(O2) = M(O2) : M(H2)


Vidi zadatak 8.34. Omjer relativnih molekulskih masa tih plinova je 1 : 4.


C(grafit) + O2(g)

CO2(g);

fH(298,15 K) =

393,51 kJ mol

1

100 000 kJ 0,012 kg mol

1

m(C) = = 3,049 kg393,5 kJ mol

1


H2(g) + O2(g) H2O(g); fH(298,15 K) = 241,8 kJ mol

1

241,8 kJ mol1

1 kgq= = 13 433 kJ

0,018 kg mol1


Mg(s) + O2(g) MgO(s); fH(298,15 K) = 601,6 kJ mol

1

601,6 kJ mol1

1 kgq= = 24 757 kJ

0,0243 kg mol1


Ca(s) + O2(g) CaO(s); fH(298,15 K) = 634,9 kJ mol

1

634,9 kJ mol1

1 kgq= = 15 872 kJ

0,040 kg mol

1

Mg(s) + O2(g) MgO(s); fH(298,15 K) = 601,6 kJ mol

1

601,6 kJ mol1

1 kgq= = 24 757 kJ

0,0243 kg mol1

Spaljivanjem magnezija oslobodi se 1,56 putavie topline nego spaljivanjem jednake mase kalcija.


13/25


2 Fe(s) +32O2(g) Fe2O3(s); fH

(298,15 K) = 824,2 kJ mol

1

rH m(Fe) 824,2 kJ mol1

1 kg

q= = = 7385 kJM(2 Fe) 2 0,0558 kg mol1


Iz tablice 13.5. doznajemo:

a)Zn(s) + S(s) ZnS(s) rH= 206,0 kJ mol1

M(smjesa) = M(Zn) + M(S) = 65,41 g mol1

+ 32,06 g mol1

= 97,47 g mol1

rH 206,0 kJ mol1

q= = = 2,11 kJ g

1

M(smjesa) 97,47 g mol1

b)Fe2O3(s) + 2 Al(s) Al2O3(s) + 2 Fe(s) rH= 851,5 kJ mol1

M(smjesa) = M(Fe2O3) + M(2 Al) = 159,69 g mol1

+ 53,96 g mol1

= 213,65 g mol1

rH 851,5 kJ mol1

q= = = 3,98 kJ g

1

M(smjesa) 213,65 g mol1


C(grafit) + O2(g) CO2(g); fH(298,15 K) = 393,51 kJ mol1

m(C) 1000 gq= w(C) ( fH(CO2)) = 0,96 393,51 kJ mol

1 = 31 480 kJ kg

1

M(C) 12 g mol1


rH m(Na2SO410 H2O) 78,8 kJ mol1

1 kgq= = = 244 kJ

M(Na2SO410 H2O) 0,3222 kg mol1


14/25


rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(Al2O3(s)) fH

(Fe2O3(s))

= (1675,7 kJ mol1

) (824,2 kJ mol1

)

= 851,5 kJ mol1

,Fe2O3(s) + 2 Al(s) Al2O3(s) + 2 Fe(s); rH= 851,5 kJ mol

1

Entalpije nastajanja tvari u elementarnom stanju jednake su nuli. Zato se ne pojavljuju u izrazu kojimse izraunava rekacijska entalpija.

t.t(Fe) = 1535 C

q = cp,m(Fe) T= 0,026 kJ K1

mol1

1535 K 40 kJ mol1

Osloboena toplina viestruko je puta vea od topline potrebne za postizanje temperature talitaeljeza?


rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(2 CO(g)) fH

(SnO2(s))

= (221,8 kJ mol1

) (577,6 kJ mol1

)

= + 355,8 kJ mol1

SnO2(s) + 2 C(s) Sn(s) + 2 CO(g); rH= + 355,8 kJ mol1


a)

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(3 FeS(s)) fH

(Sb2S3(s))

= (300 kJ mol1

) (182 kJ mol1

)

= 118 kJ mol1

Sb2S3(s) + 3 Fe(s) 3 FeS(s) + Sb(s) rH= 118 kJ mol1

b)

rH

=

fH

(produkti)

fH

(reaktanti)= fH

(SO2(g)) fH

(Cu2S(s))

= (296,8 kJ mol1

) (79,5 kJ mol1

)

= 217,3 kJ mol1

Cu2S(s) + O2(g) 2 Cu(s) + SO2(g) rH= 217,3 kJ mol1


15/25

c)rH

= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(SO2(g)) + fH

(2 CuO(s)) fH

(Cu2S(s))

= (296,8 kJ mol1

314,6 kJ mol1

) (79,5 kJ mol1

)

= 531,9 kJ mol1

Cu2S(s) + 2 O2(g) 2 CuO(s) + SO2(g), rH= 531,9 kJ mol1

d)rH

= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(2 SO2(g)) + fH

(2 ZnO(s)) fH

(2 ZnS(s))

= (593,6 kJ mol1

701,0 kJ mol1

) (412,0 kJ mol1

)

= 882,6 kJ mol1

2 ZnS(s) + 3 O2(g) 2 ZnO(s) + 2 SO2(g), rH= 882,6 kJ mol1

e)rH

= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= (fH(3 H2(g)) + fH

(N2(g)) fH

(2 NH3(g))

= (0 kJ mol1

+ 0 kJ mol1

) (91,8 kJ mol1

)

= + 91,8 kJ mol1

2 NH3(g) 3 H2(g) + N2(g) rH= + 91,8 kJ mol1

f)rH

= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(2 Al2O3(s)) fH

(3 MnO2(s))

= (3351,4 kJ mol1

) ( 1560,0 kJ mol1

)

= 1791,4 kJ mol1

3 MnO2(s) + 4 Al(s) 2 Al2O3(s) + 3 Mn(s) rH= 1791,4 kJ mol1

g)rH

= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(3 CO2(g)) (fH

(3 CO(g)) + fH

(Fe2O3(s))

= (1180,5 kJ mol1

) (332,7 kJ mol1

824,2 kJ mol1

)

= 23,6 kJ mol1

3 CO(g) + Fe2O3(s) 2 Fe(s) + 3 CO2(g), rH= 23,6 kJ mol1

h)rH

= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(2 Fe2O3(s)) (fH

(3 SiO2(s))

= (1648,4 kJ mol1

) ( 2732,1 kJ mol1

)

= + 1083,7 kJ mol1

3 SiO2(s) + 4 Fe(s) 2 Fe2O3(s) + 3 Si(s) rH= + 1083,7 kJ mol1


16/25


Tablice najee ne sadre podatak o standardnoj entalpiji stvaranja FeO. Zato emo drugojjednadbi okrenuti smjer, ime se mijenja predznak reakcijske entalpije, i, obadvije jednadbe zbrojiti.

FeO(s) + C(s) Fe(s) + CO(g) rH= ....... kJ mol1

Fe(s) + CO2(g) FeO(s) + CO(g) rH= + 12,5 kJ mol

1

FeO(s)+ C(s) + Fe(s) + CO2(g) Fe(s)+ 2 CO(g) + FeO(s) q= + 12,5 kJ mol

1

Ukinimo jednake lanove na obje strane jednadbe (crveno), i primijenimo Hessov zakon padobivamo:

rH+ q = fH

(produkti) fH

(reaktanti)

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= (fH(2 CO(s)) fH

(CO2(g)) 12,5 kJ mol

1

= (221,8 kJ mol1

) (393,5 kJ mol1

) 12,5 kJ mol1

= + 159,2 kJ mol1

FeO(s) + C(s) Fe(s) + CO(g) rH= +159,2 kJ mol1


Najprije moramo doznati koji je element mjerodavni faktor, cink ili sumpor, jer taj element limitiranajveu moguu mnoinu nastalog cinkova sulfida.

m(Zn) 1,961 gn(Zn) = = = 0,03 mol

M(Zn) 65,41 g mol1

m(S) 0,962 gn(S) = = = 0,03 mol

M(S) 32,06 g mol1

Cink i sumpor uzeti su u ekvimolarnom omjeru, pa moemo zakljuiti da je:

n(ZnS) = 0,95 0,03 mol = 0,0285 mol

q 5 260 JfH(ZnS) = = = 184,6 kJ mol

1

n(ZnS) 0,0285 mol

Mjerenje nije izvedeno precizno jer je prava vrijednost fH(ZnS) = 206,0 kJ mol1


m(Mg) 0,122 g

n(Mg) = = = 0,00502 molM(Mg) 24,31 g mol

1

q q M(Mg) 3030 J 24,31 g mol1

fH(MgO) = = = = 603,8 kJ mol

1

n(MgO) m(Mg) 0,122 g

Ovo je mjerenje mnogo preciznije u odnosu na prethodni zadatak jer je prava vrijednostfH(MgO) = 601,6 kJ mol

1


17/25


32O2(g) O3(g) rH= + 142 kJ mol

1

142 kJ mol1

O3(g)

32O2(g) rH= 142 kJ mol

1= = 2,96 kJ g

1

48 g mol1


C2H5OH(l) +72O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(l) cH= 1370 kJ mol

1

Iz tablice 13.4. vidimo da je:

fH(CO2(g)) = 393,5 kJ mol1

fH(H2O(l)) = 285,8 kJ mol1

Prema Hessovu zakonu:

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

fH(reaktanti) = fH

(produkti) rH

Odavde proizlazi:

fH(C2H5OH(l)) = fH(2 CO2(g)) + fH(3 H2O(l)) cH

= 2 (393,5 kJ mol1

) + 3 (285,8 kJ mol1

) + 1370 kJ mol1

= 274,4 kJ mol1


C6H6(l) +15

2O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O(l) cH= 3275 kJ mol1


fH(CO2(g)) = 393,5 kJ mol1

fH(H2O(l)) = 285,8 kJ mol

1


rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

fH(reaktanti) = fH

(produkti) rH

Odavde proizlazi:

fH(C6H6(l)) = 6 fH(CO2(g)) + 3 fH(H2O(l)) cH

= 6 (393,5 kJ mol1

) + 3 (285,8 kJ mol1

) + 3275 kJ mol1

= 56,6 kJ mol1

M(C6H6) = 78,11 g mol

1

T= 80,1 C 25 C = 55,1 K

q = cp(C6H6) M(C6H6) T= 1,67 J K1

g1

78,11 g mol1

55,1 K = 7187 J mol1

qvap= vapH M(C6H6) = 394 J g1

78,11 g mol1

= 30 775 J mol1

fH(C6H6(g), 80,1C) = 56,6 kJ mol1

+ 7,2 kJ mol1

+ 30,8 kJ mol1

= 94,6 kJ mol1


18/25


C4H10O(l) +13

2O2(g) 4 CO2(g) + 5 H2O(l) cH= 2729 kJ mol1


fH(CO2(g)) = 393,5 kJ mol1

fH(H2O(l)) = 285,8 kJ mol1


rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

fH(reaktanti) = fH

(produkti) rH

Odavde proizlazi:

fH(C4H10O(l)) = fH(4 CO2(g)) + fH(5 H2O(l)) cH

= 4 (393,5 kJ mol1

) + 5 (285,8 kJ mol1

) + 2729 kJ mol1

=274 kJ mol1

M(C4H10O) = 74,12 g mol1

T= 34 C 25 C = 9 K

q= cp(C4H10O) m(C4H10O) T= 2,1 J K1

g1

74,12 g mol1

9 K = 1400 J mol1

qvap= vapH m(C4H10O) = 394 J g1

74,12 g mol1

= 29 203 J mol1

fH(C4H10O (g), 34 C) = 274kJ mol1

+ 1,4 kJ mol1

+ 29,2 kJ mol1

=243,4 kJ mol1


vapH(H2O)= 2 260 J g1

18 g mol1

= 40,7 kJ mol1


19/25


Hessov zakon:

Ukupan prirast entalpije nekoga niza. kemijskih reakcija jednak je ukupnom prirastu entalpije bilokojega drugog niza kemijskih reakcija, ako u oba sluaja polazimo od istih reaktanata i dobivamo isteprodukte.

NH4Cl(s) + H2O(l) NH4Cl(aq) solH= 15,4kJ mol

1


fusH(H2O(s)) = 334 J g

1 18 g mol

1= 6,01 kJ mol

1

cp(H2O) = 4,182 J K1g

1

vapH(H2O) = 40,6 kJ mol

1

q = n(H2O) (fusH+ vapH

) + cp(H2O) m(H2O) T

100 g= (6,01 kJ mol

1+ 40,6 kJ mol

1) + (4,182 J K

1g

1 100 g 100 K)

18 g mol1

= 258,94 kJ + 41,82 kJ = 300,76 kJ


Mg(s) + O2(g) MgO(s) fH(MgO(s)) = 601,6 kJ mol1

fH(MgO(s)) m(Mg) 601,6 kJ mol1

0,1 gq= = = 2475 J

M(Mg) 24,31 g mol1

q 2475 J(H2O)= = = 591,8 g

cp(H2O) T 4,182 J K1

g1

1 K


20/25

8.58.Izraunajte reakcijsku entalpiju oksidacije duikova monoksida u duikov dioksid.

NO(g) + O2NO2(g) rH= .......... kJ mol1

fH(NO(g)) = 91,3 kJ mol1

fH(NO2(g)) = 33,2 kJ mol1

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(NO2(g)) (fH

(NO(g))

= 33,2 kJ mol1

91,3 kJ mol1

= 58,1 kJ mol1


HI(g) + Cl2(g) HCl(g) + I2(g) rH= .......... kJ mol1

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(HCl(g)) (fH(HI(g))

= 92,3 kJ mol1

25,9 kJ mol1

= 118,2 kJ mol1

.


a)PbO(s) + H2(g) Pb(s) + H2O(l) rH= .......... kJ mol

1

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(H2O(l)) (fH

(PbO(s))

= (285,8 kJ mol1

) ( 217,3 kJ mol1

)

= 68,5 kJ mol1

PbO(s) + H2(g) Pb(s) + H2O(l) rH= 68,5 kJ mol1

b)PbO(s) + CO(g) Pb(s) + CO2(g) rH= .......... kJ mol

1

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(CO2(g)) (fH

(PbO(s)) + fH

(CO(g))

= (393,5 kJ mol1

) ( 217,3 kJ mol1

110,9 kJ mol1

)

= 65,3 kJ mol1

PbO(s) + CO(g) Pb(s) + CO2(g) rH= 65,3 kJ mol1


21/25

c)3 PbO(s) + 2 NH3(g) 3 Pb(s) + 3 H2O(l) + N2(g) rH= .......... kJ mol

1

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(3 H2O(l)) (fH

(3 PbO(s)) + fH

(2 NH3(g))

= (857,4 kJ mol1

) ( 651,9 kJ mol1

91,8 kJ mol1

)

= 113,7 kJ mol1

3 PbO(s) + 2 NH3(g) 3 Pb(s) + 3 H2O(l) + N2(g) rH= 113,7 kJ mol1

d)3 PbO(s) + CH4(g) 3 Pb(s) + 2 H2O(l) + CO(g) rH= .......... kJ mol

1

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(2 H2O(l)) + fH

(CO(g) (fH

(3 PbO(s)) + fH

(CH4(g))

= (571,6 kJ mol1

110,9 kJ mol1

) ( 651,9 kJ mol1

74,6 kJ mol1

)

= 44 kJ mol1

3 PbO(s) + CH4(g) 3 Pb(s) + 2 H2O(l) + CO(g) rH= 44 kJ mol1

==========

4 PbO(s) + CH4(g) 4 Pb(s) + 2 H2O(l) + CO2(g) rH= .......... kJ mol1

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(2 H2O(l)) + fH

(CO2(g) (fH

(4 PbO(s)) + fH

(CH4(g))

= (571,6 kJ mol1

393,5 kJ mol1

) ( 869,2 kJ mol1

74,6 kJ mol1

)

= 21,3 kJ mol1

4 PbO(s) + CH4(g) 4 Pb(s) + 2 H2O(l) + CO2(g) rH=21,3 kJ mol1


a)C(s) + H2O(g) COg) + H2(g); rH= ....... kJ mol

1

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= fH(CO(g) fH

(H2O(g)

=( 110,9 kJ mol1

( 241,8 kJ mol1

)

= 130,9 kJ mol1

C(s) + H2O(g) COg) + H2(g); rH= 130,9 kJ mol1

b)2 C(s) + O2(g) 2 CO(g); rH=221,8 kJ mol1


22/25


2 NH3(g) + 3 O2(g) N2(g) + 3 H2O(l) rH= 766 kJ mol1

H2(g) + O2(g) H2O(l) rH= 286 kJ mol1

.

Jednadbu gorenja amonijaka napiimo u suprotnom smjeru. Pritom se mijenja predznak entalpije.

Jednadbu korenja vodika pomnoimo s tri i zbrojimo obje jednadbre pa dobivamo:

N2(g) + 3 H2O(l) 2 NH3(g) +32O2(g) rH= +766 kJ mol

1

3 H2(g) +32O2(g) 3 H2O(l) rH= 858 kJ mol

1

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) rH= 92 kJ mol

1

Reakcijska se entalpija odnosi na dva mola amonijaka pa za entalpiju stvaranje amonijaka dobivamo:

N2(g) +32H2(g) NH3(g) rH= 46 kJ mol

1


a)C6H6(g) +

152O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O(l) cH= 3303,9 kJ mol

1

fH(C6H6(l)) = fH

(6 CO2(g)) + fH

(3 H2O(l)) + cH(C6H6(g))

= 2361 kJ mol1

857,4 kJ mol1

+ 3303,9 kJ mol1

= 85,5 kJ mol1

b)C7H8(g) + 9 O2(g) 7 CO2(g) + 4 H2O(l) cH= 3950,8 kJ mol

1

fH(C7H8(g)) = fH

(7 CO2(g)) + fH

(4 H2O(l)) + cH(C7H8(g))

= 2754,5 kJ mol

1

1143,2 kJ mol

1

+ 3950,8 kJ mol

1

= 53,1 kJ mol

1

c)C8H10(g) +

212O2(g) 8 CO2(g) + 5 H2O(l) cH= 4598,5 kJ mol

1

fH(C8H10(g)) = fH

(8 CO2(g)) + fH

(5 H2O(l)) + cH(C8H10(g))

= 3148 kJ mol1

1429 kJ mol1

+ 4598,5 kJ mol1

= 21,5 kJ mol1


23/25


a)CH4(g) + O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= (fH(CO2(g)) + fH

(2 H2O(g)) fH

(CH4(g))

=( 393,5 kJ mol1

571,6 kJ mol1

) ( 74,6 kJ mol1

)

= 890,5 kJ mol1

CH4(g) + O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) cH= 890,5 kJ mol1

b)H2(g) + O2 H2O(l) cH= 285,8 kJ mol

1

c)CO(g) + O2CO2(g)

rH= fH

(produkti) fH

(reaktanti)

= 393,5 kJ mol1

+ 110,9 kJ mol1

= 282,6 kJ mol1

CO(g) + O2CO2(g) cH= 282,6 kJ mol1

Toplina koja se oslobodi gorenjem nabrojanih plinova je negativna za reakcijski sustav, ali imasuprotan predznak za sustav koji tu toplinu prima. Zato za ogrijevnu vrijednost prirodnog plinadobivamo:

q= w(CH4) n(CH4) cH(CH4) + w(H2) n(H2) cH(H2) + w(CO) n(CO) cH(CO)

1000 dm3 ( 890,5 kJ mol

1) 1000 dm

3 (285,8 kJ mol

1)

= 0,93 + 0,02 +22,4 dm

3mol

1 22,4 dm

3mol

1

1000 dm3 ( 282,6 kJ mol

1)

+ 0,005 22,4 dm

3mol

1

= 36 972 kJ 252 kJ 63 kJ = 37 287 kJ

Odnosno:

q37 000 kJ po m3plina


CaCl2(s) + 6 H2O(l) CaCl2 6 H2O(s) rH= 97,1 kJ mol1

CaCl2 6 H2O(s) + aq CaCl2(aq) solH= + 14,6 kJ mol

1

Zbrojimo obje jednadbe, pa dobivamo:

CaCl2(s) + 6 H2O(l) + CaCl2 6 H2O(s)+ aq CaCl2 6 H2O(s)+ CaCl2(aq)

solH= 97,1 kJ mol1

+ 14,6 kJ mol1

CaCl2(s) + aq CaCl2(aq) solH= 82,5 kJ mol1


24/25


Na2CO3(s) + aq Na2CO3(aq) solH= 23,4 kJ mol1

Na2CO3 10 H2O + aq Na2CO3(aq) solH= + 78,3 kJ mol1

Okrenimo smjer druge jednadbe. Time se mijenja predznak entalpije. Zbrojimo obje jednadbe pa

dobivamo:

Na2CO3(s) + aq Na2CO3(aq) solH= 23,4 kJ mol1

Na2CO3(aq)Na2CO3 10 H2O + aq solH= 78,3 kJ mol

1

Na2CO3(s) + 10 H2O(l) Na2CO3 10 H2O solH= 101,7 kJ mol

1


ZnSO4(s) + aq ZnSO4(aq) solH= 77,1 kJ mol1

ZnSO4 7 H2O + aq ZnSO4(aq) solH= + 17,8 kJ mol1

Okrenimo smjer druge jednadbe. Time se mijenja predznak entalpije. Zbrojimo obje jednadbe padobivamo:

ZnSO4(s) + aq ZnSO4(aq) solH= 77,1 kJ mol1

ZnSO4(aq) ZnSO4 7 H2O + aq solH= 17,8 kJ mol

1

ZnSO4(s) + 7 H2O(l) ZnSO4 7 H2O solH= 94,9 kJ mol

1


fH = 133,5 kJ mol1

fH= 242 kJ mol1

H2O2(g) H2O(g) + O2(g)

rH= fH

(produkti) fH(reaktanti)

= fH(H2O(g)) fH(H2O2(g))

= 242 kJ mol1(133,5 kJ mol

1)

= 108,5 kJ mol1

H2O2(g) H2O(g) + O2(g) rH= 108,5 kJ mol1

Toplina koja se oslobodi raspadom vodikova peroksida je negativna za reakcijski sustav, ali imasuprotan predznak za sustav koji tu toplinu prima. Zato za rad koji moe izvriti motor u kojem sekatalitiki raspadne 1 kg vodikova peroksida dobivamo:

m(H2O2) 1000 g

q= rH(H2O2,H2O) = (108,5 kJ mol1

) = 3191 kJM(H2O2) 34 g mol

1

odnosno:

q3190 kJ


25/25


Najprije je potrebno zbrojiti topline koje se utroe za zagrijavanje 1000 g leda, taljenje leda izagrijavanje nastale vode od 0 do 100 C.

Zagrijavanje leda:q1= m(H2O(s)) cp(H2O(s)) T = 1000 g 2,1 J K

1g

1 10 K = 21 000 J

Taljenje leda:q2= m(H2O(s)) fusH(H2O(s)) = 1000 g 335 J g

1 = 335 000 J

Zagrijavanje vodeq3= m(H2O(l)) cp(H2O(l)) T = 1000 g 4,2 J K

1g

1 100 K = 420 000 J

Utroena toplina q= 776 000 J

Ta se koliina topline moe dobiti kondenzacijom jednog dijela vodene pare:

q 776 000 Jm(H2O(g)) = = = 343 g

vapH(H2O(l)) 2260 J g1

Na kraju pokusa imamo:

t= 100 C

m(H2O(l) = 1343 g

m(H2O(g) = 157 g

8. TERMOKEMIJA _rjesenja_

Documents

Transcript of 8. TERMOKEMIJA _rjesenja_