חישוב שינוי אנתלפיה של תגובה מאנרגיית חום של ניסוי

חישוב שינוי אנתלפי של תגובה H∆ ואנרגיה בצורת חום של ניסוי Q

איך מחשבים H∆ ו-Q מנתוני התגובה?

לעיתים קרובות נרצה לחשב את כמות אנרגיה בצורת חום ( Q ) הנפלטת או נקלטת מתגובה כאשר נתונים אנתלפיית התגובה ( H∆ ) וכמות מסוימת של מגיבים שהגיבו או תוצרים שהתקבלו: מסה, ריכוז, נפח הגז או מספר מולים.

או להיפך: נרצה לחשב את אנתלפיתת התגובה ( H∆ ) מכמות האנרגיה בצורת חום Q שעברה מהסביבה למערכת או מהמערכת לסביבה ונתוני הניסוי כגון מסת, מספר מולים, נפח או ריכוז החומרים שהגיבו או שהתקבלו (תוצרים) .

דוגמה לחישוב Q

מה כמות האנרגיה בצורת חום Q שהשתחרר משריפת גז מתאן CH_4(g) אם ידוע שהתקבלו 250 ל' CO₂_(g) בתנאים בהם נפח מול אחד של גז הוא 25 ל'?
נתון שינוי האנתלפיה של התגובה הוא: n∆H = -890.3 kJ/mol

שיטה: נרשום את ניסוח התגובה המאוזנת, נחשב את מספר המולים של CO₂_(g) שהתקבלו ולפי יחס המולים נחשב את Q מהערך של H∆:

CH_4(g) + 2O_2(g)→ CO_2(g)+ 2H₂O_(l) ∆H = -890.3 kJ/mol

יחס מולים 2 : 1 : 2 : 1

n_CO2 = 250lt/25lt/mol = 10 mol

CO₂ -ל- ∆H לפי יחס מולים (1:1) בין

1 mol CO₂ —–נפלטים—– n890.3 kJ

10 mol CO₂ —–נפלטים—– Q

Q = 10 mol · 890.3 kJ/1 mol = 8903 kJ

הערה: H∆ הוא שינוי האנתלפיה של התגובה וקשור למספר המולים של המגיבים ושל התוצרים לפי יחס המולים המתאים למקדמים בתגובה ולכן מאפשר לנו לחשב את Q לפי יחס המולים.

פתרון לפי שיטת הטבלה

נפתור את אותו התרגיל על ידי בניית טבלה.
כל מה שיש לעשות הוא לרשום את H∆ בשורת יחס המולים ו Q בשורת המולים ( n ), לחשב את מספר המולים לפי נתוני הניסוי ולחשב את Q לפי כלל המשולש:

דוגמה לחישוב H∆

שרפו 1 ק"ג גז פרופאן C₃H_8(g) ומדדו את כמות אנרגיה בצורת חום Q ממדידת העלייה בטמפרטורה של מיכל מים שהוצמד לכלי השריפה. התוצאה הייתה:

Q = 50,438 kJ

נסחו את תגובת השריפה (שריפה מלאה) של פרופא
חשבו את שינוי האנתלפיה H∆ של התגובה (הקפידו על הסימן הנכון).

הערה: הסימן של H∆ נקבע לפי סוג התגובה: אקסותרמית או אנדותרמית. סוג התגובה נתו/נרמז במלל על ידי מילים כגון: נפלטו, נקלטו, חיממו, קיררו וכדומה.

תרגול

1.תלמידי כיתה י"א הביאו גזיה לטיול השנתי בכוונה לבשל פסטה לחולייה שלהם. המורה לכימיה נתן להם מטלה לפני הטיול:

א. לנסח את שריפת הבוטאן (בוטאן הוא אלקאן בעל 4 אטומי פחמן) בהנחה שהשריפה מלאה (תוצרים הם פחמן דו חמצני ומים במצב נוזל).

ב. מה האנרגיה הדרושה כדי להרתיח 100 גרם מים אם ידוע שאנתלפיית האידוי של המיים היא n47 kJ/mol +

ג. עליכם לחשב את מסת הבוטאן שיישרף לצורך הרתחת 100 גרם של מים. ידוע שאנתלפיית השריפה של בוטאן היא k2878 kJ/mol- .

ד. קבעו מהי המערכת ומהי הסביבה בסעיף ב' ובסעיף ג'?

ה. תיארו בצורה גרפית את התגובות של סעיף ב' ושל סעיף ג' (בעזרת צירי אנרגיה שונים).

ו. האם בפועל התלמידים שרפו את המסה של בוטאן שחישבתם, יותר או פחות? הסבירו את תשובתכם. תניחו שכמות המים שרתחו אכן הייתה 100 גר'.

2. נתונה התגובה הלא מאוזנת הבאה:

N_2(g) + O_2(g) → NO_(g)

חשבו את שינוי האנתלפיה של התגובה אם ידוע שעל מנת לקבל 100 ל' של גז NO(g) בתנאי החדר, נקלטו kJמ361 אנרגיית חום בלחץ קבוע. נתון שבתנאי החדר, נפח של מול גז הוא 25 ל'.

3. המורה הדגים בכיתה תגובה בה מגיבים במצב גז מתפשטים בתוך שפופרת זכוכית והופכים לתוצרים במצב מוצק:

NH_3(g)+ HCl_(g) → NH₄Cl_(s)

המורה איפשר לתלמיד לגעת בשפופרת בה עורבבו שני הגזים לאחר יצירת המוצק והתלמיד דיווח על הרגשת חום ביד שלו.
ענו על השאלות הבאות:

א. איזה סוג תגובה התרחשה ( אקסותרמית או אנדותרמית)?

ב. האם שפופרת הזכוכית היא מערכת או סביבה?

המורה שקל את השפופרת לפני התגובה (ללא המגיבים) וקיבל משקל של 36.3 גרם. לאחר התגובה (כאשר ניתן לראות גרגרי מוצק לבן דבוק על פני השפופרת זכוכית) שקל שוב את השפופרת וקיבל 37.6 גר'.
כמות אנרגייה בצורת חום שעברה בתגובה בין המערכת לסביבה היתה: 28kJ

מה H∆ של התגובה?

4. יצירת הנוזל CS₂ מיסודותיו במצב התקני שלהם (מצב הצבירה בתנאי טמפרטורת החדר ולחץ אטמוספרי) הוא תהליך אנדותרמי.

על מנת ליצור 100 גר' של התוצר, נצרכו 117.5kJ.

א. רשמו את ניסוח המאוזן של התגובה

ב. חשבו את אנתלפיית התגובה (הראו את חישוביכם)