6

شيمي سوم

 

استفاده از آنتالپي پيوند براي محاسبه گرماي واکنش :

 در يک واکنش شيميايي برخي پيوندها در واکنش دهنده ها شکسته مي شوند و پيوندهاي تازه اي در فرآورده ها تشکيل مي شود. مي دانيد که شکستن پيوندها گرماگير و تشکيل پيوند گرماده است.

 

تشکيل پيوندها ΔH  + شکستن پيوندها ΔH  =  واکنش ΔH

و همچنين به صورت زير هم مي توان با استفاده از انرژي پيوند گرماي واکنش را محاسبه کرد.

 

]مجموع انرژيهاي پيوند تشکيل شده [-] مجموع انرژيهاي پيوندهاي شکسته شده [ = واکنش H

 

مثال : اگر متان با گاز کلر واکنش دهد يکي از فرآورده ها تتراکلريد کربن است. با استفاده از جدول انرژي پيوند واکنش HΔ را محاسبه کنيد و تعيين کنيد واکنش گرماده است يا گرماگير .

CH_{4 (g)} + 4 CL_{2 (g)} ® CCL_{4 (g)} + 4 HCL

 

انرژي پيوند KJ پيوند ۴۱۵ C- H ۳۹۲ C- CL ۲۴۰ CL – CL ۴۳۱ H - CL

 

 

فرمول

(مجموع انرژي پيوندهاي تشکيل شده) – ( مجموع انرژي پيوندهاي شکسته شده) = واکنش H Δ

[(431×4)+(392×4)]-[(240×4)+(415×4)]= واکنش H Δ

420KJ- = واکنش H Δ

واکنش گرماده است چون ΔH   منفي بدست آمده است.

 

 

آنتروپي و تعيين جهت واکنش ها

مقدار بي نظمي يک سيستم يا بي نظمي مولکولي را آنتروپي مي نامند. آنتروپي را با حرف «S» نشان مي دهيم.

 

آنتروپي هم يک تابع حالت است. تغيير آنتروپي يک سيستم را مي توان به صورت زير نوشت :

ΔS = S  - پايانيSآغازي

 

 

در پيشرفت خود به خودي يک فرآيند دو عامل زير دخالت دارند:

۱)کاهش سطح انرژي دروني مواد موجود در سيستم (از طريق آزاد ساختن انرژي و يا گرماده بودن)

۲)افزايش ميزان بي نظمي يا آنتروپي سيستم (کاهش نظم سيستم)

 

با در نظر گرفتن دو عامل بالا چهار حالت ممکن است بوجود بيايد.

پيش رفت واکنش خود به خود است  ®   ΔS>0  و  ΔH<0      اگر

واکنش خود به خود پيشرفت نمي کند ® ΔS<0   و  ΔH>0   اگر

از عوامل آنتروپي و انرژي دروني هر کدام اثر بيشتري داشته باشند واکنش را کنترل مي کنند.

ΔH <0 و Δ S<0      يا   ΔH >0   و  ΔS> 0

عواملي چون افزايش دما ، افزايش حجم ، افزايش تعداد ذره هاي موجود در سيستم و افزايش تعداد مولهاي گازي در فرآورده ها به افزايش بي نظمي سيستم و پيشرفت خود به خود واکنش کمک مي کند.

 

 

سوالات

۱ – با در دست داشتن معادله هاي زير

FeO_(S) +  H2_(g) ® Fe_(s) + H2O _(g)   ΔH =  24/7 KJ

 FeO _(S)  +   ½ O2 _(g)  ®  Fe₃O_{4 (S)}   ΔH = -317/6Kj

H_2(g) + ½ O2 _(g)  ® H₂O _(g)           ΔH =  -24/18 kj

مقدار ΔH  واکنش زير را محاسبه کنيد.

3 ₍Fe_(s) + 4H₂O_(g)  ®  Fe3O_{4 (S)} + 4 H_2(g)

 149/9 KJ- :پاسخ

 

 

۲ – تعيين کنيد چه مقدار گرما لازم است تا بتوانيم ۰۱ گرم آب مايع با دماي  ْc ۹۲ را به بخار آب با دماي 115 ْc تبديل کنيم. (گرماي تبخير آب برابر 2260 j/g مي باشد و ظرفيت گرمايي ويژه ي آب برابر 4/184 است )

  ۲۳۲۴j  = q  : پاسخ

 

 

3– با توجه به مقادير آنتالپي هاي سوختن داده شده براي مواد مقدار H Δ واکنش زير را تعيين کنيد.

3 C2H2 ® C6H6

ΔH سوختن   C2H2 =  -1305 KJ.mol ^-1

ΔH سوختن  C6H6 = - 327KJ . mol^-1

 KJ 642- = ΔH  : پاسخ

 

 

4 – وقتي يک مول CH4 در فشار ثابت مي سوزد مقدار 890 KJ انرژي گرمايي توليد مي کند. اگر 5/8 g از گاز متان در فشار ثابت بسوزد مقدار H Δ مربوط به آن را محاسبه کنيد.

ΔH =  -گرماي آزاد شده   = 320

 

 

5– يک سيستم با حجم 25 ليتر ، مقدار kj ۱ گرما جذب مي کند. مقدار ΔE سيستم را در حالتهاي زير محاسبه کنيد.

الف ) اگر گرما در حجم ثابت توسط سيستم جذب شود. 1KJ = ΔE : پاسخ

ب ) اگر سيستم در فشار ۱ amt منبسط شود و به حجم 28/95 ليتر برسد.

ΔE =  0/6 KJ

ج) اگر سيستم منبسط شود در فشار 0/56 Atm و به حجم 42/36 ليتر برسد.

  پاسخΔE =  0

 

 

6– در يک ظرف گرماسنج 50 g از محلول سديم هيدورکسيد و 50g از محلول هيدروکلريک اسيد با دماي ۲۲ cْ را واکنش مي دهيم. دما افزايش مي يابد و به  28/87 ْc  مي رسد. اگر از ظرفيت گرمايي ويژه ي گرما سنج صرف نظر شود مقدار گرماي آزاد شده در واکنش زير را محاسبه کنيد.

HCL (aq) + NaOH (aq) ® NaCL (aq) + H2O (l)

(ظرفيت گرمايي ويژه محلول برابر 4/18 مي باشد)

  پاسخ q = -    2871/66 j

 

 

7– با دردست داشتن معادله هاي زير :

2NH3(g)+3 N20 (g) ® 4 N2(g)+ 3 H2 O (g)   ΔH =  -1010 KJ

4NH3 (g)+ 3 o2 (g) ® 2N2(g)+ 6H2O (L)    ΔH =  -153 KJ

مقدار ΔH واکنش مقابل را محاسبه کنيد.

N2(g) + ½ o2 ® N2O(g)

ΔH =   81/5 KJ

 

 

8– مقدار 15g  از يک نمونه از فلز طلا ( با ظرفيت گرمايي مولي برابر با   j. c^-1.mol^-1۲۵/۴  ) حرارت داده مي شود تا از دماي 16/1  ْc به دماي 49/3 ْC  برسد. مقدار گرماي جذب شده توسط طلا را محاسبه کنيد.

AU = 197 g/mol

q = 64/2 j

 

 

۱۰ – يک قطعه فلز آهن به جرم 25 و دماي 14/4 Cْدر تماس با يک قطعه طلا به جرم 35g  و دماي 64/1 قرار گرفته است

 

 (0/129 j -¹ . g. c ^-1 = طلا C  و  j . g ^-1 . c ^1-  ( آهن C = 0/451

الف ) با فرض اين که هيج گرمايي توسط سيستم مشترک از دست نرفته دماي نهاي آهن را تعيين کنيد.

ب ) فلز آهن چه مقدار گرمابه دست آورده است؟

ج ) فلز طلا چه مقدار گرما از دست داده است ؟

الف )28/6  ْC         

ب )^۲  ۱۰× 1/6 j

ج)^۲۱۰× j1/6

 

  6