Ασκήσεις με μίγματα και ποσά θερμότητας

Δημήτρης Μεϊντάνης

Χημικός

Παράδειγμα 1ο

Ένα μίγμα αερίων έχει μάζα m=10g και αποτελείται από CH4 και C3H6 . Το μίγμα αυτό καίγεται πλήρως και δίνει ποσό θερμότητας 290kJ.Να βρεθεί η σύσταση του μίγματος και ο όγκος του CO2 που παράγεται σε stp.

Δίνονται:

ΔΗc (CH4)=-850kJ/mol και

ΔΗc (C3H6)=-1025kJ/mol

Στρατηγική

• Δεν γνωρίζουμε τις ποσότητες του κάθε συστατικού στο μίγμα άρα:

CH4

C3H6

x mol

ψ mol

m=10g

Δημιουργούμε μια εξίσωση με τη μάζα του μίγματος και τα

mol του κάθε συστατικού

mμίγματος =mCH4 + mC3H6

10g=x16+ ψ42 (1)

2η σκέψη

• Πρέπει να δημιουργήσουμε και άλλη μια εξίσωση με τα x,ψ για να λύσουμε ένα σύστημα και να βρούμε τη σύσταση του μίγματος.

• Πρέπει να εκμεταλλευτούμε και το συνολικό ποσό θερμότητας που εκλύει η αντίδραση.

• ΔΗ ολ = ΔΗ1 + ΔΗ2

• Πως θα φτάσουμε σ’ αυτήν την εξίσωση ;

• Προφανώς από τη στοιχειομετρία που εφαρμόζουμε στις θερμοχημικές αντιδράσεις.

Στοιχειομετρία

CH4 + 2 O2 CO2 + 2H2O ΔΗ=-850kJ

1mol ΔΗ=-850kJ

x mol ΔΗ1=-850 x kJ

C3H6 + 9/2 O2 3CO2+3H2O ΔΗ=-1025kJ

1mol ΔΗ=-1025kJ

ψ mol ΔΗ2=-1025ψ kJ

Άρα συνολικά το ποσό θερμότητας:

ΔΗολ =ΔΗ1+ΔΗ2

ή -290kj= -850x-1025ψ (2)

Λύση !

• Από τις εξισώσεις (1) και (2) προκύπτει

• X=0,1 mol και ψ=0,2mol

• mCH4 =x 16 =1,6g και m C3H6 =10-1,6 =8,4g

• Πρέπει να βρούμε και τον όγκο του CO2 που παράγεται από τις δύο καύσεις Πως;

• Επιστρέφουμε στη στοιχειομετρία:

Πίσω στη σελίδα 5

Στοιχειομετρία για το VCO2

CH4 + 2 O2 CO2 + 2H2O ΔΗ=-850kJ

1mol 1 mol ΔΗ=-850kJ

x mol x mol ΔΗ1=-850 x kJ

C3H6 + 9/2 O2 3CO2+3H2O ΔΗ=-1025kJ

1mol 3mol ΔΗ=-1025kJ

ψ mol 3ψ mol ΔΗ2=-1025ψ kJ

Άρα συνολικά τα mol του CO2 είναι x+3ψ=0,1+0,6=0,7mol

Vstp=n 22,4= 0,7 22,4 =15.68L CO2 σε stp.

2η Άσκηση στα μίγματα

Ένα αέριο μίγμα αποτελείται από Cl2 και I2.

Ποια η αναλογία όγκων που πρέπει να έχουν τα συστατικά του μίγματος έτσι ώστε όταν αυτό αντιδράσει πλήρως με Η2 να μην παρατηρηθεί θερμική μεταβολή ;

Δίνονται ΔΗ f (HCl)= - 120KJ/mol

και ΔΗ f (HΙ)= + 60KJ/mol

Σκέψη …

• Τι σημαίνει να μην παρατηρηθεί θερμική μεταβολή ;

• Το ολικό ποσό θερμότητας που θα ανταλλάξει με το περιβάλλον να είναι ίσο με το ΜΗΔΕΝ

• δηλ Qολ = 0• Έστω x mol του Cl2

• και ψ mol I2

Ας γράψουμε τις αντιδράσεις !!!!!!

H2 + Cl2 2HCl ΔΗ = -240Κj

1mol ΔΗ=-240Κj

x mol ΔΗ1=-240x Κj

H2 + l2 2Hl ΔΗ = +120Κj

1mol ΔΗ=120Κj

ψ mol ΔΗ2=120ψ Κj

Δεν παρατηρείται θερμική μεταβολή

Άρα ΔΗ1 + ΔΗ2 = 0

ή -240x + 120ψ = 0 ή 240x = 120ψ ή χ/ψ =1/2

ή Vcl2 / VI2 =1/2

β. Αν το μίγμα των οξέων που παράγεται διαλυθεί σε 2L νερού τότε σχηματίζονται 2L δ/τος. Το διάλυμα που σχηματίζεται εξουδετερώνεται πλήρως από υδατικό δ/μα ΚΟΗ 0,4Μ. Το ποσό θερμότητας που ελευθερώνεται στο περιβάλλον είναι 34,2KJ.

Να βρεθεί η σύσταση του αρχικού μίγματος των αλογόνων σε mol και ο όγκος του δ/τος ΚΟΗ που χρησιμοποιήθηκε για την εξουδετέρωση.

Δίνεται ΔΗn=-57Kj/mol

Πάμε πίσω να βρούμε τα mol !!!!H2 + Cl2 2HCl ΔΗ = -240Κj

1mol 2 mol

x mol 2 x mol

H2 + l2 2Hl ΔΗ = +120Κj

1mol 2 mol

ψ mol 2ψ mol

H2OHCℓHI

ΔιάλυμαHCℓHI

V=2L

Εξουδετέρωση HCl + ΚΟΗ KCl + H2O ΔΗ = -57Κj

1mol 1 mol ΔH=-57Κj

2x mol 2 x mol ΔH3=-57 2xΚj

Hl + ΚΟΗ Kl + H2O ΔΗ = -57Κj

1mol 1 mol ΔH=-57Κj

2ψ mol 2 ψ mol ΔH4=-57 2ψΚj

Ποια είναι η εξίσωση ???

Άρα ΔΗ3 + ΔΗ4 = -34,2Kj

ή -114x -114ψ = -34.2

ή x +ψ =0,3 και χ/ψ =1/2

x+ 2x=0,3

ή x=0,1mol , ψ=0,2mol

Τα mol του ΚΟΗ είναι : 2x + 2ψ =0,6mol C= n/V ή V=n/C = 0,6/0,4 =1,5L

Thank you for watching !!!