Hogyan oldjuk meg a termokémia számítási példákat?

Durkó Gábor | kémiaérettségi.hu

Jellemző feladattípusok

- Megadott (vagy a függvénytáblázatban szereplő) képződéshőkből reakcióhő meghatározása
- Reakcióhők ismeretében más folyamatok reakcióhőjének meghatározása (a Hess-tétel alkalmazásával)
- Hány mól vegyület alakult át, ha összesen x kJ hő fejlődött (reakcióhő ismeretében)

Felhasználható összefüggések

- A standardállapotú elemek képződéshője (definíció szerint) 0.
- Hess-tétel: A reakcióhő független attól, hogy a rendszer milyen úton jutott el a kiindulási állapotból a végállapotba. A reakcióhő értéke csak a kiindulási és a keletkezett anyagoktól függ.
- Reakcióhő = [keletkezett anyagok képződéshőjének összege] - [kiindulási anyagok képződéshőjének összege]
- Képződéshő = annak a folyamatnak a reakcióhője, amelynek során a kérdéses vegyület 1 mólja standardállapotú elemeiből képződik.
- Ellentétes irányú folyamat reakcióhője = a reakcióhő ellentettje

Mintapélda

MINTAPÉLDA
Az alábbi termokémiai egyenletek alapján számítsa ki
A) a glükóz standard képződéshőjét!
B) az etanol standard képződéshőjét!
C) az alkoholos erjedés reakcióhőjét!

C(sz) + O₂(g) → CO₂(g)

Δ_rH₁ = –394 kJ/mol

H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(f)

Δ_rH₂ = –286 kJ/mol

C₂H₅OH(f) + 3 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(f)

Δ_rH₃ = –1366 kJ/mol

C₆H₁₂O₆(sz) + 6 O₂(g) → 6 CO₂(g) + 6 H₂O(f)

Δ_rH₄ = –2916 kJ/mol

(2004 pótfeladatsor / 2. feladat, 10 pont)

MEGOLDÁS:
A) rész
A 4. egyenlet reakcióhőjében szerepel a glükóz standard képződéshője:

Δ_rH₄ = 6·Δ_kH(CO₂(g)) + 6·Δ_kH(H₂O(f)) – Δ_kH(C₆H₁₂O₆(sz)) – 6·Δ_kH(O₂(g))

Kifejezve a glükóz képződéshőjét (az oxigén képződéshőjét elhagyjuk, mivel 0):

Δ_kH(C₆H₁₂O₆(sz)) = –Δ_rH₄ + 6·Δ_kH(CO₂(g)) + 6·Δ_kH(H₂O(f))

A fenti képletben a szén-dioxid képződéshőjét az 1. egyenlet, a víz képződéshőjét a 2. egyenlet reakcióhője adja meg:

Δ_kH(CO₂(g)) = Δ_rH₁ = –394 kJ/mol
Δ_kH(H₂O(f)) = Δ_rH₂ = –286 kJ/mol

Ezeket az értékeket behelyettesítve:

Δ_kH(C₆H₁₂O₆(sz)) = 2916 + 6·(–394) + 6·(–286) = –1164 kJ/mol

B) rész
Ez a feladatrész ugyanúgy oldható meg, mint az előző. A 3. egyenlet reakcióhőjében szerepel az etanol standard képződéshője:

Δ_rH₃ = 2·Δ_kH(CO₂(g)) + 3·Δ_kH(H₂O(f)) – Δ_kH(C₂H₅OH(f)) – 3·Δ_kH(O₂(g))

Kifejezve az etanol képződéshőjét (az oxigén képződéshőjét elhagyjuk, mivel 0):

Δ_kH(C₂H₅OH(f)) = –Δ_rH₃ + 2·Δ_kH(CO₂(g)) + 3·Δ_kH(H₂O(f))

A szén-dioxid és a víz képződéshőjét már az A) részben kiszámoltuk, a számokat behelyettesítve:

Δ_kH(C₂H₅OH(f)) = 1366 + 2·(–394) + 3·(–286) = –280 kJ/mol

C) rész
Az alkoholos erjedés reakcióhőjének meghatározásához felírjuk a folyamat egyenletét:

C₆H₁₂O₆(sz) → 2 C₂H₅OH(f) + 2 CO₂(g)

Az erjedés reakcióhője a képződéshőkkel kifejezhető:

Δ_rH(erjedés) = 2·Δ_kH(C₂H₅OH(f)) + 2·Δ_kH(CO₂(g)) – Δ_kH(C₆H₁₂O₆(sz))

A már ismert képződéshőket behelyettesítve:

Δ_rH(erjedés) = 2·(–280) + 2·(–394) – (–1164) = –184 kJ/mol

Megjegyzés: A feladat pontatlan abban a tekintetben, hogy az alkoholos erjedés a valóságban vizes oldatban megy végbe, tehát kiindulási anyaga nem szilárd halmazállapotú, hanem hidratált szőlőcukor.

További tanácsok

- A képződéshő mindig 1 mol vegyületre, a reakcióhő 1 mol reakcióra vonatkozik.
- Képződéshőkkel való számolásnál a halmazállapotot figyelembe kell venni (más a folyékony víz, és más a vízgőz képződéshője).
- A reakcióhő, képződéshő előjele nagyon fontos, oda kell rá figyelni.
- A feladat szövegében megadott atom- és móltömegekkel számoljunk (ha meg van adva)

Gyakorlófeladatok

2003 / 1. feladat (5 pont)
2005 október / 6. feladat (8 pont)
2002 / 2. feladat (10 pont)
2001 / 4. feladat (15 pont)