Emelt szint

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.

Válassz egy választ

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

Hess-körfolyamatA kiindulási és végállapot közvetlen reakcióhője ugyanaz, mint a közös elemi referenciaállapoton át vezető entalpiaút összege.kiindulási anyagokstandard elemireferenciatermékek
Ábra szöveges leírása
LépésJelentés
1.kiindulási anyagok
2.standard elemi referencia
3.termékek
A kiindulási és végállapot közvetlen reakcióhője ugyanaz, mint a közös elemi referenciaállapoton át vezető entalpiaút összege.

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.

Válassz egy választ

Kidolgozott lépés

Kövesd a megoldási láncot, majd számolj önállóan és vidd át új kérdésre.

1. lépés / 3

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.

Válassz egy választ
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

  1. 24 órán belül: zárt könyvvel írd le a három fő oksort.
  2. 3–4 nap múlva: oldd meg újra az alkalmazást, és javítsd a tévképzetet.
  3. 1–2 hét múlva: kapcsolj hozzá egy másik témakört vagy kísérletet.