Felidéző gyakorlás
Mi történik ΔrH-val, ha ugyanazt a termokémiai egyenletet megfordítjuk?
Válassz, indokold magadban, majd csak ezután fedd fel a magyarázatot.
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
A téma lényege
Exoterm és endoterm folyamatok, aktiválási energia, reakcióhő, képződéshő, energiadiagram és Hess tétele.
A vizsgán az állításokat szerkezetből vagy részecskemodellből kell indokolnod, majd egyenlettel, adattal, számítással vagy kísérleti bizonyítékkal alkalmaznod.
Amit biztosan tudnod kell
- A rendszer és környezet határát mindig rögzíteni kell. Exoterm folyamatban a rendszer hőt ad le, ΔH < 0; endoterm folyamatban hőt vesz fel, ΔH > 0.
- A reakcióhő a reakcióegyenlethez és az abban szereplő sztöchiometriai számokhoz tartozik. Az egyenlet megfordításakor előjelet vált, megszorzásakor ugyanazzal a számmal szorzódik.
- A standard képződéshő 1 mol vegyület elemeiből, standard állapotban történő képződésének entalpiaváltozása. Standard állapotú elem standard képződéshője nulla.
- Hess tétele szerint az entalpiaváltozás útfüggetlen, ezért részreakciók összeadásával, képződéshőkből vagy kötési energiákból is meghatározható.
- Kalorimetriában a leadott és felvett hő abszolút értéke ideális esetben azonos. A valós mérésnél a kaloriméter hőkapacitása és a környezet hőcseréje hibaforrás.
- A katalizátor az aktiválási energiát csökkenti, de a kiindulási és végállapot entalpiáját, így a reakcióhőt nem változtatja meg.
- Átlagos kötési energiákból a gázfázisú kötések bontásának és képződésének különbsége becslést ad: a felszakított kötések energiája pozitív, a kialakuló kötéseké energialeadás.
- Az entrópia a mikroállapotok számával kapcsolatos állapotfüggvény. Gázmólok számának növekedése, keveredés és olvadás többnyire entrópianövekedéssel jár, de a spontaneitást az entalpia és entrópia együtt dönti el.
- A Gibbs-energia alapján állandó hőmérsékleten és nyomáson ΔG < 0 spontán, ΔG = 0 egyensúlyi, ΔG > 0 nem spontán előre irányban. A spontán folyamat nem feltétlenül gyors.
Kulcsfogalmak
- belső energia
- aktiválási energia
- exoterm és endoterm
- reakcióhő
- képződéshő
- Hess tétele
- standard képződéshő
- égéshő
- Hess-tétel
- kötési energia
- energiadiagram
- előjel
Rendszer, környezet és előjel
Exoterm folyamatban a rendszer energiát ad át a környezetnek, ezért állandó nyomáson a reakcióhő negatív. Endoterm folyamatban a rendszer vesz fel energiát, így ΔH pozitív. A környezet melegedése tehát a rendszer energiacsökkenésének jele. A reakció beindításához exoterm esetben is szükség lehet aktiválási energiára.
Az energiadiagram függőleges tengelye a rendszer energiáját, vízszintes tengelye a reakció előrehaladását mutatja. A termék- és kiindulási szint különbsége ΔH; a csúcs és a kiindulási szint különbsége az előre irányú aktiválási energia.
Reakcióhő és képződéshő
A reakcióhő a megadott egyenlet szerinti átalakulás entalpiaváltozása. Ha az egyenletet kétszeresére szorozzuk, ΔH is kétszeres; ha megfordítjuk, az előjel megfordul. A standard képződéshő 1 mol vegyület elemeiből, standard állapotban történő képződéséhez tartozik. Standard állapotú elem képződéshője nulla.
Hess tétele az energiamegmaradás következménye: ugyanazon kezdeti és végállapot között ΔH független az úttól. Ezért reakcióegyenletek és entalpiaváltozások algebrailag összeadhatók.
Kötésbontás és kötésképződés
A kötés felbontása mindig energiát igényel, a kötés létrejötte energiát szabadít fel. Egy reakció nettó hőhatása e hozzájárulások és más kölcsönhatási változások eredője. Középszinten a pontos reakcióhő képződéshőkből számítható; a kötések emlegetése nem helyettesíti a megadott adatokat.
Állapotfüggvény és Hess-tétel
Az entalpiaváltozás csak a kezdeti és végállapottól függ, ezért a reakcióutak entalpiái összeadhatók. Egyenlet megfordításakor ΔH előjelet vált; az egyenlet szorzásakor ΔH-t is ugyanazzal a számmal szorozd. A standard képződéshő egy mol vegyület képződése az elemek standard állapotú módosulataiból.
Képződéshőkből reakcióhő
Előbb rendezd az egyenletet és rögzítsd az állapotjeleket. Ezután a termékek képződéshőinek sztöchiometriai összegéből vond ki a kiindulási anyagokét. Standard állapotú elem stabil módosulatának képződéshője nulla, de ez nem jelenti, hogy az elem energiatartalma nulla.
Kötési energiás becslés
Gázfázisú átlagos kötési energiákkal ΔH ≈ a felbontott kötések energiája mínusz a kialakult kötések felszabaduló energiájának abszolút összege. Mivel az értékek molekulakörnyezettől függő átlagok, ez becslés. Rácsos vagy folyadékfázisú anyagnál a fázisváltozások energiáját nem hagyhatod figyelmen kívül.
Reakcióhő képződéshőkből
ΔrH° = Σν·ΔfH°(termékek) − Σν·ΔfH°(kiindulási anyagok)
Hőmennyiség
Q = c · m · ΔT
Moláris reakcióhő
ΔrH = Q(rendszer)/ξ = −Q(környezet)/ξ
ξ a reakció előrehaladása; egyszerű feladatban a reakcióegyenlet szerinti átalakulás anyagmennyiségével számolunk.
Képződéshőkből
ΔrH° = ΣνΔfH°(termékek) − ΣνΔfH°(kiindulási anyagok)
Hess képződéshőkkel
ΔrH° = ΣνΔfH°(termék) − ΣνΔfH°(kiindulási anyag)
Kötési energiás becslés
ΔH ≈ ΣE(felbontott) − ΣE(kialakult)
Kötési energiákból
ΔrH ≈ ΣE(felbontott kötések) − ΣE(kialakult kötések)
Gibbs-energia
ΔG = ΔH − TΔS
Hess-körfolyamat
Ábra szöveges leírása
| Lépés | Jelentés |
|---|---|
| 1. | kiindulási anyagok |
| 2. | standard elemi referencia |
| 3. | termékek |
Módszer kiválasztása
Melyik képlet használható közvetlenül standard képződéshő-adatokkal?
Válassz, indokold magadban, majd csak ezután fedd fel a magyarázatot.
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
Kidolgozott lépés
Kövesd a megoldási láncot, majd számolj önállóan és vidd át új kérdésre.
Minden sorban tartsd meg a mértékegységet; csak a végén kerekíts.
1. Kidolgozott modell
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
ΔrH°=[−393,5+2(−285,8)]−[−74,8+0]=−890,3 kJmol.
Alkalmazási feladat
Melyik állítás javítja pontosan ezt a tévedést: „A kötési energia nem negatív szám”?
Válassz, indokold magadban, majd csak ezután fedd fel a magyarázatot.
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
Hivatalos követelmények (5 pont)
Középszintű követelmények
A folyamatok energiaviszonyai
- Fogalmak: endoterm és exoterm folyamat, energiadiagram
- Elvárt művelet: Értse a halmazállapot-változást, az oldódást és a kémiai reakciókat kísérő energiaváltozások exoterm vagy endoterm jellegét. Ábrázolja energiadiagramon a folyamatok energiaviszonyait.
Reakcióhő
- Fogalmak: reakcióhő fogalma, jelölése (ΔH), mértékegysége, r előjele, képződéshő fogalma, jelölése, mértékegysége, Hess tétele
- Elvárt művelet: Ábrázolja a reakcióhőt energiadiagramon. Értse a reakcióhő kiszámításának módját a képződéshő-adatok alapján
További emelt szintű követelmények
Reakcióhő
- Elvárt művelet: Magyarázza a Hess-tétel érvényességét (energiamegmaradás) és alkalmazásának lehetőségeit. Írja fel adott képződéshőhöz tartozó reakció egyenletét, határozza meg a reakcióhő (képződéshő) értékét energiadiagramon, illetve más energiaértékek alapján.
Szóbeli átvitel
Mondd el 90 másodpercben: definíció → szerkezeti/részecskemodell → jellegzetes adat vagy megfigyelés → rendezett egyenlet → egy alkalmazás és biztonsági/környezeti feltétel. Ezután válaszolj egy „mi változna, ha…?” kérdésre.
Ismétlési ciklus
- 24 órán belül: zárt könyvvel írd le a három fő oksort.
- 3–4 nap múlva: oldd meg újra az alkalmazást, és javítsd a tévképzetet.
- 1–2 hét múlva: kapcsolj hozzá egy másik témakört vagy kísérletet.