termokemi 6.1 energi och omvandling return to toc det infraröda fotografiet visar var energi...

Termokemi

Kapitel 6

Kapitel 6

Innehåll

Copyright © Cengage Learning. All rights reserved 2

6.1 Energi och omvandling6.2 Entalpi och kalorimetri6.3 Hess lag6.4 Standardbildningsentalpi6.5 Energikällor6.6 Förnyelsebara energikällor

Avsnitt 6.1

Energi och omvandling

Return to TOC


• Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme.Storhet: E = F × s (kraft · sträcka)

= P × t (effekt · tid)Enhet: J = Nm

= Ws

Energi

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Energi kan aldrig skapas eller förstöras utan endast omvandlas från en form till en annan.

(Euniversum är konstant)

Termodynamiskens första lag

Avsnitt 6.1


Return to TOC

Energiformer

• Potentiell energi (lagrad energi)

• Kinetiskt energi (använd energi)

Avsnitt 6.1


Return to TOC


är summan av den kinetiska och potentiella energin hos alla partiklar i ett ”system” (till exempel i ett ämnesprov)

U = Σ(KE + PE)

Inre energi (U)

Avsnitt 6.1


Return to TOC


KJ

CJ

ökningtemperaturptionvärmeabsorC =

°==

Energilagringskapacitet

Avsnitt 6.1


Return to TOC


specifik värmekapacitetC = J/°C g eller J/K g

molär värmekapacitetCm = J/°C mol eller J/K mol

Värmekapacitet

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Specifik värmekapacitet

Avsnitt 6.1


Return to TOC


En kropps temperatur återspeglar partiklars slumpvisa rörelser och är kopplad till systemets kinetiska energi.

Värme är en form av energitransport som endast är möjlig vid en temperaturskillnad.

Energi versus energitransport

Avsnitt 6.1


Return to TOC

Det infraröda fotografiet visar var energi transporteras i form av värme. Ju rödare färg desto större energitransport.

Avsnitt 6.1


Return to TOC


System = Det som vi avser beskriva

Omgivning = Allt annat i universum

Universum = System + Omgivning

Systemgräns är mellan system och omgivning

System och omgivning

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Universums energi är konstant.

EUniversum = ESystem + EOmgivning

ΔESystem = -ΔEOmgivning

Termodynamikens första lag:

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Termodynamiska storheter består av två delar: (1) ettnummer som anger magnituden av förändringen och (2) ett tecken som anger förändringens riktning. Riktningen anges ALLTID från systemets synvinkel.

Avsnitt 6.1


Return to TOC


är summan av den kinetiska och potentiella energin hos alla partiklar i systemet

kan förändras då energi passerar över systemgränsen som värme eller arbete

ΔE = q + w

ΔE = förändring i systemets inre energiq = värmew = arbete

Inre energi, U

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Värmeflöden vid kemiska reaktioner.

Exoterm: Värme flödar ut ur systemet (till omgivningen).

Endoterm: Värme flödar in till systemet (från omgivningen).

Värme

Avsnitt 6.1


Return to TOC


arbete = kraft × sträcka

då tryck = kraft / area, ges att

arbete = tryck × volymförändring

wsystem = −p · ΔVsystem

Arbete

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Arbete

En volymförändring mot atmosfärstryck innebär ett arbete av storleken

w = - patm · ∆V

Volymförändringen påbilden ges av:

∆V = ∆h · A

Avsnitt 6.1


Return to TOC


En varmluftsballong kan lyfta genom att man värmer upp luften inuti. I det sista skedet av den här processen används en propangaslåga för uppvärmningen. Då lågan tillför ballongen 1.3·108 J värme ökar volymen från 4.00·103 m3 till 4.50·103 m3. Beräkna ökningen i inre energi hos luftmassan inne i balongen.

Övning

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Konceptkoll

När vatten fryser, är det en endoterm eller exoterm process? Förklara.

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Konceptkoll

Vätgas och syrgas reagerar häftigt och bildar vattenånga. Förklara...

Vad har lägre energi: en blandning av syrgas och vätgas eller vattenånga?

Avsnitt 6.1


Return to TOC


Arbete och energitransport

Avsnitt 6.2

Entalpi och kalorimetri

Return to TOC


• Tillståndsstorhet• ΔH = q vid konstant tryck• ΔH = Hprodukter – Hreaktanter

Entalpiförändring

Avsnitt 6.2


Return to TOC


Entalpi = H = E + p·VΔH = ΔE + p·ΔV

Inre Energi = E = Σ(KE+PE)ΔE = q + w = q – p·ΔV

Vid konstant tryck:qp = ΔE + p·ΔVΔH = qp = värmeenergiflöde

Entalpi, H

Avsnitt 6.2


Return to TOC


• Vetenskapen för mätning av reaktionsvärmet– Vid konstant tryck:

qp = ΔH = CH2O · mH2O · ΔTH2O

– Vid konstant volym:

qv = ΔE = CH2O · mH2O · ΔTH2O

Kalorimetri

Avsnitt 6.2


Return to TOC

Kalorimetri• Konstant tryck

Avsnitt 6.2


Return to TOC


1.00 l av 1.00 M Ba(NO3)2(aq) vid 25°C sätts med 1.00 l av 1.00 M Na2SO4(aq) vid 25°C, BaSO4 (s) fälls ut och blandningens temperatur ökar till 28.1°C. Antag att ingen värme avges till omgivningen och att lösningarnas specifika värmekapacitet är 4.18 J/(°C·g) och densiteten 1.0 g/ml samt beräkna entalpiförändringen per mol BaSO4 (s) som bildas.

Övning

Avsnitt 6.2


Return to TOC

Bombkalorimeter• Konstant volym• Varierande tryck

• Gör skäl för sitt namn när den slutar fungera

Avsnitt 6.2


Return to TOC


Övning

Beakta förbränningen av propan:

C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)

ΔH = –2221 kJ/mol

Antag att all värme i processen kommer från förbränningen av propan. Beräkna ΔH då 5.00 g propan förbränns i ett överskott av syre vid konstant tryck.

–252 kJ

Avsnitt 6.2


Return to TOC


Beror enbart på systemets tillstånd, inte hur det blev så (den är oberoende av färdväg).Energi, entalpi, och tryck är tillståndsstorheter Arbete och värme är inte tillståndsstorheter

Tillståndsstorheter (eng. State functions)

Avsnitt 6.3

Hess lag

Return to TOC


• Då man går från en viss uppsättning av reaktanter till en viss uppsättning av produkter spelar det ingen roll om rekationen sker i ett steg eller i en serie av steg, entalpiförändringen är den samma (tillståndsstorhet).

Avsnitt 6.3

Hess lag

Return to TOC


1. Entalpiförändringen är oberoende reaktionsvägenN2(g) + O2(g) → 2NO(g) ΔH = 180 kJ

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) ΔH = −112 kJN2(g) + 2O2(g) → 2NO2(g) ΔH = 68 kJ

2. Omvänd reaktion ger teckenbyte:N2(g) + O2(g) → 2NO(g) ΔH = 180 kJ2NO(g) → N2(g) + O2(g) ΔH = −180 kJ

3. Om reaktionen multipliceras med en siffra, multipliceras ΔH med samma siffra.

6NO(g) → 3N2(g) + 3O2(g) ΔH = −540 kJ

Hess lag

+

Avsnitt 6.3

Hess lag

Return to TOC


Principen av Hess lag

Avsnitt 6.3

Hess lag

Return to TOC


Avsnitt 6.3

Hess lag

Return to TOC

Enthalpy Change from Graphite to Diamond?

C(graphite) C(diamond)


Avsnitt 6.3

Hess lag

Return to TOC


• Arbeta baklänges från den sökta reaktionen och dess reaktanter och produkter för att manipulera fram den sökta reaktionsvägen.

• Reversera reaktioner för att producera och förbruka reaktanter och produkter.

• Multiplicera reaktioner för att erhålla rätt antal reaktanter och produkter.

Problemlösningsstrategi

Avsnitt 6.4

Standardbildningsentalpier

Return to TOC


ΔH°f för ett ämne är entalpiförändringen då av 1 mol av ämnet bildas från dess grundämnen vid standardtillstånd

Standardbildningsentalpi, ΔH°f

Avsnitt 6.4


Return to TOC



Avsnitt 6.4


Return to TOC


1. FöreningFör en gas är trycket 1 atm.För en lösning är koncentrationen 1 MFör en vätska eller fast ämne är standardtillståndet det rena ämnet.

2. GrundämneAggregationstillståndet vid 1 atm and 25°C [ex.vis. N2(g), K(s)].

Standardtillstånd

Avsnitt 6.4


Return to TOC


Entalpiförändringen vid kemiska reaktioner

• kan beräknas ur standardbildningsentalpierna för reaktanter och produkter.

ΔHr° = Δn·Δ Hf°(produkter) - Δn·ΔHf°(reaktanter)

• värdet ΔHr° beror på hur reaktionslikheten är given

• om reaktionen är omvänd, är ΔHr° omvänd

• om koefficienten för en reaktion multipliceras med en siffra, multipliceras ΔHr° med samma siffra.

• grundämnen i sitt standardtillstånd, ΔHf° = 0

Avsnitt 6.4


Return to TOC


Utnyttjande av standardbildningsentalpier CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)

ΔH°reaction = –(–75 kJ) + 0 + (–394 kJ) + (–572 kJ) = –891 kJ

Avsnitt 6.4


Return to TOC


Övning

Beräkna ΔH° för reaktionen:2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)

m.h.a. följande standardbildningsentalpier: ΔHf° (kJ/mol)

Na(s) 0H2O(l) –286NaOH(aq) –470H2(g) 0

ΔH° = –368 kJ

Avsnitt 6.4


Return to TOC


Metanol används ofta som bränsle i tävlingsbilar i stället för vanlig bensin. Hur mycket energi frigörs under förbränning av 1.0 gram metanol jämfört med förbränning av 1.0 gram bensin (som egentligen är en blanding av olika kolväten, men som för enkelhetens skull kan sägas vara ren oktan, C8H18) ?

Övning

Avsnitt 6.5

Energikällor

Return to TOC


Energikällor: 1486 PJ• Olja 25 %• Kol 15 %• Naturgas 11 %• Kärnenergi 16 %• Vattenkraft 4 %• Vindkraft 0 %• Träbränslen 21 %• Torv 6 %• Övriga 2 %• El nettoimp. 1 %

Slutanvändning: 1125 PJ• Industri 50%• Transport 16%• Uppvärmning 22%• Övrigt 11%

Energikällor och slutanvändning i Finland 2004

Avsnitt 6.5

Energikällor

Return to TOC


Energikällor i USA 1850 – 2000

Avsnitt 6.6

Förnyelsebara energikällor

Return to TOC


• Sol• Vatten • Vind• Biomassa

– Avfall – Torv


Avsnitt 6.6


Return to TOC

Växthuseffekt

Avsnitt 6.6


Return to TOC

Koldioxid och medeltemperatur

Kapitel 6

Innehåll


• Energi– lagar, former, källor

• Transport– system, värme, arbete

• Entalpi– förändring, Hess lag, ΔHf°

Termodynamik, del 1

termokemi 6.1 energi och omvandling return to toc det infraröda fotografiet visar var energi...

Documents