kap 6: termokemi - ifm...systemets entalpiökning, + Δh, eller entalpi-minskning, - Δh, lika med...
TRANSCRIPT
![Page 1: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/1.jpg)
Kap 6: Termokemi Energi: Definition: Kapacitet att utföra arbete eller producera värme
Termodynamikens första huvudsats: Energi är oförstörbar – kan omvandlas från en form till en annan men kan ej förstöras.
Enhet: J (joule) cal (kalorier)
![Page 2: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/2.jpg)
Kemisk energi Genom en kemisk reaktion kan energi i form av värme utvinnas: CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g) + VÄRME Metans förbränning För att kunna diskutera energi i samband med kemiska reaktioner delar man upp universum i två delar: SYSTEM OMGIVNING reaktanter och produkter
![Page 3: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/3.jpg)
Systemet och omgivningen Vi kan aldrig mäta vad som sker i systemet men vi kan mäta på omgivningen och dra slutsats om vad som sker i systemet.
EXOTERM REAKTION: SYSTEM VÄRME TILL OMGIVNINGEN
ENDOTERM REAKTION: SYSTEM VÄRME TAS FRÅN OMGIVNINGEN Förbränning av metan – exoterm eller endoterm reaktion?
![Page 4: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/4.jpg)
Var kommer energin ifrån? Energiinnehållet hos enskilda ämnen beror av bindnings-styrkan hos de bindningar som håller ihop molekylen. Om energiinnehållet hos reaktanterna är större än energiinnehållet hos produkterna är reaktionen exoterm och vice versa. EXOTERM REAKTION ENDOTERM REAKTION
![Page 5: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/5.jpg)
Energiförändringar Ett systems energi kan ändras genom att: • ett arbete utförs på systemet eller av systemet • värme tillförs eller avges ΔE = q + w där q är värme och w är arbete
![Page 6: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/6.jpg)
Energiförändringar
För att inte alltid behöva beskriva energiför-ändringar med ord har man definierat att om energi tillförs systemet så får energin positivt tecken, + ΔE. (Man ser alltså utifrån systemets synvinkel!)
Exoterm reaktion: Energi avges från systemet till omgivningen: - ΔE Endoterm reaktion: Energi tillförs systemet från omgivningen: + ΔE
![Page 7: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/7.jpg)
Vad är det för typ av arbete som förknippas med en kemisk reaktion?
Tryck-volym-arbete: När en gas utvecklas och expanderas kan den utföra ett arbete medan ett arbete utförs på en gas när den komprimeras. Jfr. bilmotor Arbetet som en gas utövar kan beräknas w = - p · ΔV p är trycket gasen jobbar emot och ΔV är förändringen i gasens volym
![Page 8: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/8.jpg)
Entalpi ENTALPI = en förenings värmeinnehåll Entalpi, H, definieras som H = E + p · V där E är systemets energiinnehåll. I en process som sker vid konstant tryck är systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man exkluderar alltså p · V-termen i sambandet ovan. 6.44
![Page 9: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/9.jpg)
Kalorimetri För att kunna mäta hur mycket värme som krävs eller frigörs vid en kemisk reaktion används en s k KALORIMETER. Olika ämnen reagerar olika på upphettning – ett ämne kan kräva mycket värmeenergi för att höja sin temperatur 1 °C medan andra kräver mindre. Den här egenskapen kallas VÄRMEKAPACITETEN.
![Page 10: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/10.jpg)
Värmekapaciteten Man talar om oftast om: Specifika värmekapaciteten som anger hur mycket energi som måste tillföras för att höja temperaturen hos 1 g av ett ämne 1 °C. Betecknas: s Enhet: J/°C · g Ibland ser man även: Molära värmekapaciteten som anger hur mycket energi som måste tillföras för att höja temperaturen hos 1 mol av ett ämne 1 °C. Enhet: J/°C · mol
![Page 11: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/11.jpg)
Värmekapaciteten Ett lågt värde på den specifika värmekapaciteten innebär att det krävs mindre energi för att höja ämnets temperatur 1 °C än för ett ämne med högre värde. Ex. s(H2O(l)) = 4.18 J/°C · g s(Fe(s)) = 0.45 J/°C · g Energiförändringen kan beräknas; ΔH = s · m · ΔT där s är specifika värme- kapaciteten, m är massan och ΔT är temperatur- skillnaden 6.62
![Page 12: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/12.jpg)
Hess’ lag: Lyder: Om man går från vissa specifika reaktanter till vissa specifika produkter är entalpiförändringen samma oavsett om reaktionen sker i ett steg eller i flera.
Jfr bergsbestigning – skillnaden i lägesenergi när du når bergets topp är densamma oavsett vilken väg du tar.
![Page 13: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/13.jpg)
Hess’ lag: Kemiskt: När kvävgas oxideras till kvävedioxid krävs 68 kJ. N2 (g) + 2 O2 (g) → 2 NO2 (g) ΔH = 68 kJ
Den här reaktionen kan delas upp i två steg: 1. N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g) ΔH1 = 180 kJ 2. 2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) ΔH2 = - 112 kJ
Om de här två delreaktionerna samt entalpi-förändringarna summeras så fås den översta totalreaktionen.
![Page 14: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/14.jpg)
Hess’ lag Den här reaktionen var enkel att summera men ibland måste man: • vända på en delreaktion för att erhålla önskad
summareaktion • multiplicera (ta flera gånger) en delreaktion för
att få önskad summareaktion
TÄNK DÅ PÅ ATT • om man vänder på en reaktion måste man byta
tecken på ΔH • om reaktionen multipliceras måste även stor-
leken på ΔH multipliceras
![Page 15: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/15.jpg)
Uppgifter
Beräkna ΔH för metans förbränning, d v s CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔHreaktion = X kJ utifrån C (s) + 2 H2 (g) → CH4 (g) ΔH1 = - 75 kJ C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH2 = - 393.5 kJ H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l) ΔH3 = - 286 kJ 6.69
![Page 16: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/16.jpg)
Standardbildningsentalpi
Med hjälp av kalometri kan man mäta tempe-raturskillnader och beräkna ΔH för många reak-tioner. Vissa reaktioner är dock så långsamma att denna metod inte fungerar. Man kan dock även räkna ut ΔH med hjälp av STANDARDBILDNINGSENTALPIER.
![Page 17: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/17.jpg)
Standardbildningsentalpier
Standardbildningsentalpin för en förening definieras som entalpiförändringen som åtföljer bildandet av 1 mol av föreningen från dess grundämnen i deras standardtillstånd. Betecknas: ΔH°
f Enhet: kJ/mol ° symboliserar standardtillstånd, d v s det aggregationstillstånd ämnet befinner sig i vid p = 1 atm och T = 25 °C. f står för ’formation’ - bildning
![Page 18: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/18.jpg)
Standardbildningsentalpier Exempel: Standardbildningsentalpin för ammoniak, NH3, är den entalpiförändring som åtföljer reaktionen: 1/2 N2 (g) + 3/2 H2 (g) → NH3 (g) ΔH°
f (NH3)
Uppgift: Teckna reaktionen som förknippas med standard-bildningsentalpin för koldioxid, CO2 C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH°
f (CO2)
![Page 19: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/19.jpg)
Standardbildningsentalpier
Om man har ΔH°f-värden för olika föreningar kan
man beräkna ΔH för en reaktion med följande formel: ΔHreaktion = Σ ΔH°
f (produkter) - Σ ΔH°f (reaktanter)
OBS!!!!!! Får bara användas om det är ΔH°
f-värden som angetts i en uppgift!
![Page 20: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/20.jpg)
Standardbildningsentalpier
När men använder formeln ΔHreaktion = Σ ΔH°
f (produkter) - Σ ΔH°f (reaktanter)
måste man tänka på • att ΔH°
f-värden för grundämnen är 0 J/mol. • att om man har en koefficient med i reaktions-
formeln måste koefficienten med i beräkning-en.
ΔH°f-värden finns i tabell i bokens Appendix.
![Page 21: Kap 6: Termokemi - IFM...systemets entalpiökning, + ΔH, eller entalpi-minskning, - ΔH, lika med den värmemängd som systemet upptagit från eller avgivit till omgiv-ningen. Man](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041621/5e3ef02ef95d6a32f75b8dea/html5/thumbnails/21.jpg)
Uppgifter Järn framställs ur järnmalm genom reduktion med kolmonoxid, CO. Beräkna ΔH för reaktionen utifrån ΔH°
f-värden:
Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)
ΔH°f(Fe2O3 (s)) = -825.5 kJ/mol
ΔH°f(CO (g)) = -110.5 kJ/mol
ΔH°f(CO2 (g)) = -393.5 kJ/mol
ΔHreaktion = Σ ΔH°
f (produkter) - Σ ΔH°f (reaktanter)
ΔHreaktion = (2 · 0 + 3 · -393.5) - (-825.5 + 3 · -110.5) kJ = -23.5 kJ 6.82