Energiuppgifter. 2. Har reaktanterna (de reagerande ämnena) eller reaktionsprodukterna störst entalpi vid en exoterm reaktion? O (s) H 2.

Transkript

1 Energiuppgifter Litterarum radices amarae, fructus dulces 1. Ange ett svenskt ord som är synonymt med termen entalpi. 2. Har reaktanterna (de reagerande ämnena) eller reaktionsprodukterna störst entalpi vid en exoterm reaktion? 3. Vilket tecken har H för en exoterm reaktion? 4. a) Vilken process avses med formeln: O (l) O (s)? b) Är processen exoterm eller endoterm? 5. För flytande hexan, C 6, är förbränningsvärmet 48,3 kj/g. Beräkna H för reaktionen C 6 + 9½O 2(g) 6CO 2(g) + 7 O (g) 6. Vad menas med ett ämnes bildningsentalpi? 7. Vilket samband gäller i allmänhet mellan ett ämnes bildningsentalpi och dess stabilitet? 8. Bildningsentalpin för blyazid, Pb(N 3 ) 2(s) är +480 kj/mol och för blynitrat, Pb(NO 3 ) 2, 450 kj/mol. Vilken av föreningarna kan förväntas vara stabilast? Motivera svaret. 9. Ange om följande reaktioner är exoterma eller endoterma: a) Utspädning av konc. svavelsyra med vatten. b) Sönderdelning av ammoniumklorid i ammoniakgas och vätekloridgas genom upphettning av saltet. c) Bildning av glukos genom växternas fotosyntes. 10. Kommer temperaturen i ett värmeisolerat kärl (t.ex. en termos) att stiga eller sjunka när den undersökta reaktionen är endoterm? Uppgifterna handlar om följande reaktioner: I. K (s) + ½Br 2(l) KBr (s) H 1 = 393 kj II. K (s) + ½Br2(g) KBr (s) = 415 kj 11. Vilket av följande påståenden om reaktion I är felaktigt? a) Produkten KBr (s) har mindre entalpi än reaktanterna. b) Om reaktionen får ske i en termiskt isolerad behållare kommer behållarens temperatur att stiga. c) Reaktanternas sammanlagda energi är mindre än produktens. d) För varje mol KBr (s) som bildas, frigörs värmemängden 393 kj. e) Reaktionen är exoterm. 12. Vilket av följande påståenden är korrekt? Entalpidifferensen ( H 1 ) kj = +22 kj a) avser den värmemängd som avges när två mol KBr (s) bildas av grundämnena. b) avser den värmemängd som erfordras för att förgasa 0,5 mol flytande brom, Br 2(l). c) avser den värmemängd som erfordras för att smälta en mol KBr (s). d) beror troligen på mätfel. 13. Hur stor värmemängd frigörs när 35,7 g KBr (s) bildas enligt reaktion II? 14. Vid ett försök löste man 0,010 mol konc. svavelsyra i 100 cm 3 vatten i ett värmeisolerat kärl. Från början hade svavelsyran och vattnet samma temperatur. Vid blandningen steg temperaturen 1,6 K. Lösningens specifika värmekapacitet är 4,2 J g 1 K 1. a) Hur stor värmemängd avges när 0,010 mol konc. svavelsyra löses i 100 cm 3 vatten? b) Hur stor värmemängd avges när 1,00 mol konc. svavelsyra löses i 10,0 dm 3 vatten (dvs. koncentrationen blir densamma som i a)? c) Ange entalpiändringen, H, för reaktionen i b.

2 15. Tetrafosfordekaoxid, O 10, kan bildas genom oxidation av antingen fosfor,, eller tetrafosforhexaoxid, O 6. Reaktionerna kan beskrivas genom följande formler: (s) H = kj H = 910 kj Vilken är entalpiändringen för reaktionen (s)? 16. För flytande hexan, C6H14, är förbränningsvärmet 48,3 kj/g, dvs. det avges 48,3 kj när 1,00 g av ämnet förbränns fullständigt. Beräkna H för reaktionen C 6 H14 (l) + 9½O 2(g) 6CO 2(g) + 7 O (l) 17. Väte och brom reagerar med varandra enligt formeln (g) (g) 2HBr (g) Man känner energimängderna som krävs för att bryta bindningarna i de molekyler som ingår i reaktionen. För 1,0 mol -molekyler krävs 435 kj För 1,0 mol Br 2 -molekyler 224 kj För 1,0 mol HBr-molekyler 366 kj Beräkna H för bildning av 1,0 mol vätebromid enligt reaktionen ovan. 18. Koldioxid kan bildas genom förbränning av kol eller av kolmonoxid. Reaktionerna kan beskrivas av följande formler: C (s) + O 2(g) CO 2(g) kj CO 2(g) kj Beräkna H för reaktionen C (s) 19. Beräkna DH för reaktionen (g) (g) 2HI (g) ur följande data: I: (g) 2H (g) H = 435 kj/mol II: I 2(g) 2I (g) H = 151 kj/mol III: HI (g) H (g) + I (g) H = 297 kj/mol 20. a) Redogör för uppbyggnaden av Daniells element. Teckna cellschemat. b) Vilken metall är positiv pol? c) Skriv formlerna för elektrodreaktionerna. d) Skriv formeln för cellreaktionen. e) Vilket partikelslag oxideras och vilket reduceras i cellreaktionen? f) Vilket partikelslag är reduktionsmedel och vilket är oxidationsmedel i cellreaktionen? 21. Redogör för hur elektrontransporten sker mellan polerna såväl inuti elementet som i en yttre ledning då man tar ut ström ur ett Daniells element. 22. Man byter ut halvcellen Zn (s) Zn 2+ (aq) i Daniells element mot halvcellen Ag (s) Ag+ (aq). a) Teckna cellschemat. b) Vilka poltecken får elektroderna i det nya elementet? c) Skriv formlerna för elektrodreaktionerna och för cellreaktionen. d) Vilket partikelslag är reduktionsmedel och vilket är oxidationsmedel i cellreaktionen? 23. Vad menas med emk för ett galvaniskt element? 24. a) Är elektrodprocessen vid den positiva polen i ett galvaniskt element en oxidation eller en reduktion? b) Två redoxpar med olika oxidationsstyrka ingår i en galvanisk cell. Vilket av redoxparen bildar den positiva halvcellen?

3 Svar och kommentarer 1. Värmeinnehåll 2. Reaktanterna 3. Negativt tecken 4. a) Isbildning b) Processen är exoterm. 5. M(C6H14 ) = 86,1 g/mol DH = 48,3 kj/g 86,1 g/mol = kj/mol = 4,16 MJ/mol 6. Ett ämnes bildningsentalpi är entalpiändringen när substansmängden 1 mol av ämnet bildas av grundämnena. 7. En förening är stabil om bildningsentalpin har ett stort negativt värde. Föreningen är alltså stabil om den har ett avsevärt lägre energiinnehåll än de ämnen den bildas av. 8. Blynitrat har den lägsta bildningsentalpin och är därför stabilast. Blyazid (ett initialsprängämne) är mycket energirik. 9. a) Exoterm (värme avges) b) Endoterm (värme måste tillföras) c) Endoterm (ljusenergi tas upp) 10. Temperaturen sjunker eftersom värmeenergi tas upp och byggs in som kemisk energi i de ämnen som bildas. 11. c är felaktigt. I en exoterm reaktion är reaktionsprodukten energifattigare än reaktanterna. 12. b. H 1 betyder entalpiändringen för den reaktion som erhålls genom kombinationen (reaktion I reaktion II): K (s) + ½Br 2(l) K (s) ½Br 2(g) KBr (s) KBr (s) ½Br 2(l) ½Br 2(g) 0 ½Br 2(l) ½Br 2(g) H = 22 kj 13. n (KBr) = m/m = 35,7 g/119 g mol 1 = 0,30 mol Bildning av 0,30 mol KBr ger värmemängden 0,30 mol 415 kj/mol = 124,5 kj 14. a) m (lösning) = m (H2O) + m (H2SO4) m (lösning) = 100 g + 0,010 mol 98 g/mol = 101 g Avgiven värmemängd (4, ,6) J = 679 J b) m (lösning) = 10,0 103 g + 1,00 mol 98 g/mol = 10, g Avgiven värmemängd = 4,2 10, ,6 J = 6, J = 68 kj c) H = 68 kj 15. I: (s) H I = kj II: H II = 910 kj III: (s) H III Reaktion III = reaktion I reaktion II: [(s) ] [ ] O1 0(s) (s) Då blir DHIII = DHI DHII = 2190 kj

4 16. Förbränningsvärmet för 1 mol C 6 = 86,1 g/mol 48,3 kj/g = kj/mol H = 4,16 MJ/mol 17. Vi beräknar först H för bildning av 2 mol HBr med formlerna I, II och IV nedan. I: 2H H I = 435 kj II: Br 2 2Br H II = 224 kj III: 2HBr 2H + 2Br H III = kj som vänds till IV: 2H + 2Br 2HBr H IV = kj = 732 kj Reaktion V: 2HBr bildas av (I + II + IV): + 2H + 2Br 2H + 2Br + 2HBr ger 2HBr Då blir H V + H II + H IV = ( ) kj = 73 kj För bildning av 1 mol HBr är H = 73/2 kj = 36 kj 18. Reaktionerna i uppgiften numreras I, II och III. H I = 393 kj och H II = 283 kj Reaktion III = (I II) III: C (s) + O 2(g) ½O 2(g) CO2(g) CO 2(g) C (s) H III H II H III = 110 kj 19. Omvändning och fördubbling av reaktion III ger reaktion IV. IV: 2H (g) + 2I (g) 2HI (g) H IV = kj V: 2HI H V Reaktion V = (I + II + IV): + 2H + 2I 2H + 2I + 2HI V: 2HI H V + H II + H IV H V = 8 kj 20. a) En zinkstav står i en zinksulfatlösning och en kopparstav i en kopparsulfatlösning. De båda lösningarna skiljs åt av en porös vägg. Zn (s) ZnSO 4(aq) CuSO 4(aq) Cu (s) b) Koppar c) Minuspol: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e Pluspol: Cu 2+ (aq) + 2e Cu (s) d) Zn(s) + Cu 2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s) e) Zink oxideras och kopparjoner reduceras. f) Zink är reduktionsmedel och kopparjoner oxidationsmedel. 21. Zinkstaven är minuspol. Zink bildar zinkjoner som går ut i lösningen. De elektroner som då blir fria vandrar i ytterledningen från zinkelektroden till kopparelektroden. Zinkjonerna går ut i lösningen och ger ett överskott på positiv laddning intill zinkelektroden. Kopparelektroden får ett överskott på elektroner. De kopparjoner som finns i lösningen intill elektroden tar därför upp elektroner och bildar kopparatomer. Då blir det ett underskott på positiv laddning i lösningen intill kopparelektroden. På grund härav kommer zinkjoner att vandra mot kopparn genom den porösa skiljevägg som skiljer zinksulfatlösningen från kopparsulfatlösningen. Men också sulfatjonerna vandrar. De går från lösningen vid kopparelektroden till lösningen vid zinkelektroden. Genom de positiva och negativa jonernas vandring utjämnas laddningsskillnaden mellan lösningarna. En lösning är alltid elektriskt neutral i varje punkt.

5 22. a) Ag (s) AgNO 3(aq) CuSO 4(aq) Cu (s) b) Koppar blir minuspol och silver pluspol. c) Minuspol: Cu (s) Cu 2+ (aq) + 2e Pluspol: Ag + (aq) + e Ag (s) Cellreaktionen: Cu (s) + 2Ag + (aq) Cu2+ (aq) + 2Ag (s) d) Koppar är reduktionsmedel och silverjoner oxidationsmedel. 23. Potentialdifferensen mellan elementets poler när man inte tar ut någon ström ur elementet 24 a) En reduktion. Elektroner vandrar från minuspolen genom ytterledningen till pluspolen där de tas upp i en kemisk reaktion. b) Den positiva halvcellen innehåller det redoxpar som är starkast oxiderande.