Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία

Transcript

1 Μετά το τέλος της µελέτης του 1ου κεφαλαίου, ο µαθητής θα πρέπει να είναι σε θέση: Να διακρίνει αν µία ένωση είναι ιοντική ή οµοιοπολική Να διακρίνει αν ένας οµοιοπολικός δεσµός είναι πολικός ή µη πολικός Να διακρίνει αν ένα µόριο είναι πολικό ή µη πολικό Να γνωρίζει ποιες δυνάµεις είναι διαµοριακές Να γνωρίζει τα είδη διαµοριακών δυνάµεων και πότε εµφανίζονται Να γνωρίζει από ποιους παράγοντες εξαρτάται η ισχύς των διαµοριακών δυνάµεων Να γνωρίζει τις συνέπειες του δεσµού υδρογόνου Να γνωρίζει τις συνέπειες των διαµοριακών δυνάµεων στη διαλυτότητα, στο σηµείο βρασµού, στην υγροποίηση και την εξάτµιση Να γνωρίζει τη σειρά ισχύος των διαµοριακών δυνάµεων Να γνωρίζει τι ισχύει για τις διαµοριακές δυνάµεις και την κινητική κατάσταση των δοµικών µονάδων στις καταστάσεις της ύλης Να γνωρίζει τις µεταβολές των καταστάσεων της ύλης Να γνωρίζει τι ονοµάζεται ιξώδες και από τι εξαρτάται Να γνωρίζει τι ονοµάζεται επιφανειακή τάση και από τι εξαρτάται Να γνωρίζει τι ονοµάζεται τάση ατµών και από τι εξαρτάται Να µπορεί να ελέγξει ποια ποσότητα υγρού σε κλειστό δοχείο θα εξατµιστεί και να υπολογίσει την πίεση στο εσωτερικό του δοχείου Να γνωρίζει ποια υγρά χαρακτηρίζονται πτητικά και ποια µη πτητικά Να γνωρίζει πότε έχουµε το φαινόµενο του βρασµού Να µπορεί να διατυπώσει το νόµο των µερικών πιέσεων µε την αντίστοιχη σχέση Να γνωρίζει τι είναι το γραµµοµοριακό κλάσµα ενός συστατικού σε αέριο µίγµα και να µπορεί να το υπολογίσει Να µπορεί να υπολογίσει τη συνολική και τις µερικές πιέσεις σε ένα αέριο µίγµα

2 ιαµοριακές δυνάµεις - Καταστάσεις της ύλης 10 Τι πρέπει να γνωρίζουµε Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία Ενδοµοριακοί δεσµοί, είναι οι δεσµοί που συγκρατούν τα άτοµα στα µόρια των στοιχείων ή ενώσεων ιαµοριακές δυνάµεις, ονοµάζονται οι ελκτικές δυνάµεις ηλεκτροστατικής φύσεως, µεταξύ των µορίων Πολωµένος, είναι ο οµοιοπολικός δεσµός µεταξύ ατόµων διαφορετικής ηλεκτραρνητικότητας Η διπολική ροπη, αποτελεί το µέτρο της πολικότητας ενός µορίου Είναι διανυσµατικό µέγεθος µε µέτρο µ = δ r, όπου δ: το στοιχειώδες φορτίο και r: η απόσταση των πόλων Πολικά µόρια, είναι τα µόρια µε πολωµένους οµοιοπολικούς δεσµούς και συνισταµένη διπολική ροπή διαφορετική από µηδέν (0) Το αν ένα µόριο είναι πολικό, εξαρτάται από: α Το είδος των δεσµών του β Τη γεωµετρία του Τα είδη διαµοριακών δυνάµεων είναι: α Ιόντος - διπόλου, πχ Νa + - H 2 O β ιπόλου - διπόλου, πχ ΗCl - HBr γ ιπόλου - στιγµιαίου διπόλου, πχ ΗCl - Ι 2 δ Στιγµιαίου διπόλου - στιγµιαίου διπόλου (London ή διασποράς), πχ Ηe - He ε εσµός υδρογόνου, πχ ΗF HF υνάµεις Van der Waals είναι οι διαµοριακές δυνάµεις διπόλου - διπόλου, διπόλου - στιγµιαίου διπόλου, στιγµιαίου διπόλου - στιγµιαίου διπόλου υνάµεις ιόντος - διπόλου: α Εµφανίζονται µεταξύ ενός ιόντος και ενός πολικού µορίου β Η ισχύς τους εξαρτάται από: 1 Το µέγεθος και τη διπολική µορφή του µορίου 2 Το µέγεθος και το φορτίο του ιόντος υνάµεις διπόλου - διπόλου: α Εµφανίζονται µεταξύ πολικών µορίων β Η ισχύς τους εξαρτάται από τη διπολική ροπή των µορίων, µε την προϋπόθεση ότι τα µόρια έχουν παραπλήσιες Mr

3 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία 11 υνάµεις διπόλου - στιγµιαίου διπόλου: Αναπτύσσονται µεταξύ πολικών και µη πολικών µορίων υνάµεις διασποράς ή London: α Aναπτύσσονται µεταξύ µη πολικών µορίων β Η ισχύς τους εξαρτάται από: Την Mr των µορίων και το σχήµα των µορίων εσµός υδρογόνου: α Εµφανίζεται µεταξύ µορίων που περιέχουν δεσµούς Ν - Η, Ο - Η και F - H β Είναι ειδική περίπτωση διαµοριακών δυνάµεων διπόλου - διπόλου και έχει σηµαντικά µεγαλύτερη ισχύ από τους άλλους διαµοριακούς δεσµούς γ Επηρεάζει κυρίως τις φυσικές ιδιότητες των ουσιών ιαλυτότητα: Γενικά ισχύει ότι οι πολικές ουσίες διαλύονται σε πολικούς διαλύτες και οι µη πολικές σε µη πολικούς διαλύτες Σηµείο βρασµού: Όσο ισχυρότερες είναι οι διαµοριακές δυνάµεις, τόσο υψηλότερο είναι το σηµείο βρασµού για ουσίες µε παραπλήσιο Mr Ισχύς διαµοριακών δυνάµεων: Η ισχύς των διαµοριακών δυνάµεων, για µόρια µε παραπλήσια Μr, αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά σύµφωνα µε τη παρακάτω σειρά: Καταστάσεις της ύλης: Στερεά: α Ισχυρές δυνάµεις µεταξύ των δοµικών σωµατιδίων β Τα δοµικά σωµατίδια έχουν καθορισµένες θέσεις στο χώρο γ Τα στερεά σώµατα χαρακτηρίζονται από καθορισµένο σχήµα και όγκο Υγρά: α Ασθενέστερες δυνάµεις µεταξύ των δοµικών σωµατιδίων β Τα δοµικά σωµατίδια έχουν σχετική ελευθερία κίνησης γ Τα υγρά σώµατα χαρακτηρίζονται από συγκεκριµένο όγκο, όχι όµως και σχήµα Αέρια: α Πολύ ασθενείς δυνάµεις µεταξύ των δοµικών σωµατιδίων β Τα δοµικά σωµατίδια βρίσκονται σε πλήρη αταξία γ Τα αέρια σώµατα χαρακτηρίζονται από µεταβλητό σχήµα και όγκο Μεταβολές καταστάσεων της ύλης: Στο διάγραµµα που ακολουθεί απεικονίζονται οι µεταβολές των καταστάσεων της ύλης:

4 ιαµοριακές δυνάµεις - Καταστάσεις της ύλης 12 Έπαναλαµβάνουµε τη θεωρία Βήµα 1 ο Η τήξη, η εξαέρωση και η εξάχνωση, είναι ενδόθερµα φαινόµενα, γιατί το σώµα πηγαίνει σε κατάσταση πλουσιότερη σε εσωτερικό ενεργειακό περιεχόµενο Η πήξη και η υγροποίηση, είναι εξώθερµα φαινόµενα, γιατί το σώµα πηγαίνει σε κατάσταση φτωχότερη σε ε- σωτερικό ενεργειακό περιεχόµενο Ιξώδες ενός υγρού είναι η αντίσταση του υγρού στη ροή Εξαρτάται από: α Τη θερµοκρασία: Όταν αυξάνεται η θερµοκρασία ελαττώνεται το ιξώδες β Τη φύση του σώµατος: Όσο ισχυρότερες είναι οι διαµοριακές δυνάµεις, τόσο µεγαλύτερο είναι το ιξώδες Επιφανειακή τάση είναι το µέτρο των ελκτικών δυνάµεων που δέχονται τα επιφανειακά µόρια του υγρού προς το εσωτερικό του υγρού Όσο ισχυρότερες είναι οι διαµοριακές δυνάµεις, τόσο µεγαλύτερη είναι η επιφανειακή τάση του υγρού Στην επιφανειακή τάση οφείλονται η δηµιουργία επιδερµίδας στην επιφάνεια του υγρού καθώς και το σφαιρικό σχήµα των σταγόνων Τάση ατµών ενός υγρού σε µία θερµοκρασία ονοµάζεται η πίεση που ασκούν οι ατµοί του υγρού, όταν το υγρό βρίσκεται σε ισορροπία µε τους ατµούς του Εξαρτάται από α Τη θερµοκρασία: Αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί αύξηση της τάσης ατµών β Τη φύση του σώµατος: Όσο ισχυρότερες είναι οι διαµοριακές δυνάµεις, τόσο µικρότερη είναι η τάση ατµών εν εξαρτάται από Τον όγκο του δοχείου, την αρχική ποσότητα του υγρού και την ποσότητα του υγρού και των ατµών στην ισορροπία Η ισορροπία υγρού - ατµών είναι δυναµική Όταν η τάση ατµών του υγρού γίνει ίση µε την ατµοσφαιρική πίεση, το υγρό βράζει Μερική πίεση (p A ) ενός αερίου συστατικού Α αερίου µίγµατος, ονοµάζεται η πίεση που θα ασκούσε το αέριο, αν µόνο του καταλάµβανε όλο τον όγκο του δοχείου, στην ίδια θερµοκρασία Νόµος µερικών πιέσεων του Dalton: Η ολική πίεση (Ρ) ενός αέριου µίγµατος, σε ορισµένη θερµοκρασία, είναι ίση µε το άθροισµα των µερικών πιέσεων των συστατικών του: P = p A + p B + Γραµµοµοριακό κλάσµα (x A ), είναι το πηλίκο των mol του συστατικού Α (n A ) προς τα συνολικά mol του µίγµατος (n ολ ): x A = n A /n ολ Η µερική πίεση ενός αερίου είναι ίση µε το γραµµοµοριακό κλάσµα του αερίου επί την ολική πίεση του µίγµατος: pa = x A P ή pa = (n A /n ολ )P Σε αέριο µίγµα ισχύει ότι η αναλογία mol των συστατικών είναι ίση µε την αναλογία των µερικών πιέσεων: p A /p B = n A /n B

5 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βηµα 2 ο Επαναλαµβάνουµε τις ασκήσεις κλειδιά 13 Επαναλαµβάνουµε τις ασκήσεις - κλειδιά Α Από το σχολικό βιβλίο Να λύσω τις ασκήσεις: σ 33: Ασκήσεις: 19, 20, 21 σ 34: Ασκήσεις 22, 23, 26, 29 σ 35: Ασκήσεις 30, 31, 33, 34 Β Από το 1ο και 2ο Βιλιοµάθηµα (Βιβλιοµαθήµατα Χηµείας Β Λυκείου θετικής κατεύθυνσης, εκδόσεις ΟΡΟΣΗΜΟ ) Να διαβάσω τις λυµένες ασκήσεις: (1ο Βιβλιοµάθηµα) σ 19: Παράδειγµα 1 σ 20: Παραδείγµατα 2, 3 σ 21: Ασκήσεις 1, 2 σ 22: Άσκηση 3 (2ο Βιβλιοµάθηµα) σ 33: Παράδειγµα 1 σ 35: Παράδειγµα 3 σ 36: Παράδειγµα 4 σ 37: Άσκηση 1 σ 38: Άσκηση 2 σ 39: Άσκηση 4 Να λύσω τις ασκήσεις: (1ο Βιβλιοµάθηµα) σ 27: Ασκήσεις: 2, 3, 4, 5, 8 (2ο Βιβλιοµάθηµα) σ 45: Ασκήσεις: 1, 3, 6, 7 σ 46: Ασκήσεις: 11, 12 σ 47: Το ξεχωριστό θέµα

6 ιαµοριακές δυνάµεις - Καταστάσεις της ύλης 14 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις Βήµα 3 ο Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 1 Ποιο είδος διαµοριακών δυνάµεων έχουµε: α Σε υδατικό διάλυµα CaCl 2 β Σε αέριο µίγµα ΗCl και ΗΒr γ Σε αέριο µίγµα CO 2 και HCl Λύση: α Στο υδατικό διάλυµα CaCl 2 υπάρχουν µόρια Η 2 Ο και ιόντα Ca 2+ και Cl Οι διαµορικές δυνάµεις είναι: εσµός υδρογόνου µεταξύ των µορίων Η 2 Ο υνάµεις ιόντος - διπόλου στα ζεύγη: Ca 2+ - H 2 O και Cl - H 2 O β Τα µόρια ΗCl και ΗΒr είναι πολικά, συνεπώς εµφανίζονται δυνάµεις διπόλου - διπόλου στα ζεύγη: HCl - HCl, HBr - HBr και HCl - HBr γ Το µόριο του CO 2 είναι µη πολικό, ενώ το µόριο του HCl είναι πολικό Οι διαµοριακές δυνάµεις στο µίγµα είναι: υνάµεις διασποράς µεταξύ των µορίων του CO 2 υνάµεις διπόλου - στιγµιαίου διπόλου στο ζεύγος ΗCl - CO 2 υνάµεις διπόλου - διπόλου µεταξύ των µορίων του ΗCl 2 Nα συγκρίνετε τα σηµεία βρασµού των ουσιών στα παρακάτω ζεύγη: α Cl 2 - KCl β HCl - HF γ ΝΟ - Ο 2 ίνονται: Μr NO = 30, Mr O2 = 32 Λύση: α Το ΚCl είναι ιοντική ένωση, ενώ µεταξύ των µορίων του Cl 2, εµφανίζονται δυνά- µεις διασποράς Ο ιοντικός δεσµός είναι ισχυρότερος από τις δυνάµεις διασποράς, άρα το KCl έχει υψηλότερο σηµείο βρασµού β Οι διαµοριακές δυνάµεις που αναπτύσσονται είναι: ΗCl: υνάµεις διπόλου - διπόλου ΗF: εσµός υδρογόνου Ο δεσµός υδρογόνου είναι ισχυρότερος από τις δυνάµεις διπόλου - διπόλου, για αυτό το HF έχει υψηλότερο σηµείο βρασµού γ Οι διαµοριακές δυνάµεις που αναπτύσσονται είναι: ΝΟ: υνάµεις διπόλου - διπόλου Ο 2 : υνάµεις διασποράς Οι δυνάµεις διπόλου - διπόλου είναι ισχυρότερες από τις δυνάµεις διασποράς, για αυτό το ΝΟ έχει υψηλότερο σηµείο βρασµού

7 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 3 ο Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 15 3 Σε δοχείο µε έµβολο εισάγονται 12,5 g αέριας ουσίας Χ σε θερµοκρασία 400 Κ α Αν ο αρχικός όγκος του δοχείου είναι 5 L, ποια είναι η πίεση στο δοχείο; β Πόσος πρέπει να γίνει ο όγκος του δοχείου ώστε να αρχίσει η υγροποίηση της Χ; γ Πόσος πρέπει να γίνει ο όγκος του δοχείου ώστε να υγροποιηθούν 7,5 g της Χ; ίνονται: Η τάση ατµών της Χ, P o = 2 atm, R = 0,082 L atm/mol K, Mr X = 50 Λύση: mx 12,5g α Υπολογίζουµε τα mol της Χ: nx = = = 0,25mol MrX 50g / mol Για να υπολογίσουµε την πίεση εφαρµόζουµε την καταστατική εξίσωση των αερίων: nxrt 0,25mol 0,082L atm / mol K 400K PV = nxrt P = = P = 1,64atm V 5L β Η υγροποίηση της Χ αρχίζει τη στιγµή που η πίεση γίνεται ίση µε την τάση ατµών της Χ, δηλαδή 2 atm Έστω V ο όγκος του δοχείου όταν P = P o Εφαρµόζουµε την καταστατική εξίσωση των αερίων, µε P = P o και n = n Χ (θεωρούµε ότι δεν έχει αρχίσει η υγροποίηση): o nxrt 0,25mol 0,082L atm / mol K 400K PV = nxrt V = = V =4,1L o P 2atm Άρα η υγροποίηση αρχίζει όταν ο όγκος γίνει 4,1 L γ Από τη στιγµή που αρχίζει η υγροποίηση, έχουµε ισορροπία Χ (l) X (g) και η πίεση στο δοχείο είναι σταθερή και ίση µε την τάση ατµών Έστω V ο όγκος του δοχείου όταν έχουν υγροποιηθεί 7,5 g της Χ Τα g του αερίου είναι: m αερ = 12,5g 7,5g = 5 g mαερ 5g Υπολογίζουµε τα mol του αερίου: n αερ = = = 0,1mol ΜrX 50g/ mol Εφαρµόζουµε την καταστατική εξίσωση των αερίων: n o αερ RT 0,1mol 0,082L atm / mol K 400K PV = nαερ RT V = = V = 1,64L o P 2atm 4 Σε κλειστό δοχείο όγκου 16,4 L και θερµοκρασίας 500 Κ, περιέχεται αέριο µίγ- µα CO, N 2 και Ne H πίεση του µίγµατος είναι 5 atm, η αναλογία mol CO και N 2 στο µίγµα είναι 2/3 αντίστοιχα και η µάζα του Ne είναι 20 g Nα υπολογίσετε: α Τα συνολικά mol του αερίου µίγµατος β Τα mol κάθε συστατικού γ Τις µερικές πιέσεις κάθε συστατικού ίνονται: R = 0,082 L atm/mol K, Ar Νe = 20 Λύση: α Εφαρµόζουµε την καταστατική εξίσωση των αερίων στο µίγµα:

8 ιαµοριακές δυνάµεις - Καταστάσεις της ύλης 16 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις Βήµα 3 ο PV 5atm 16,4L PV = nολ RT nολ = = n ολ =2mol RT 0,082L atm / mol K 500K mne 20g β Τα mol του Νe είναι: n Ne = = = 1mol ArNe 20g / mol nco 2 3nCO Από την εκφώνιση ισχύει: = n N = (1) 2 nn n CO + n N2 + n Ne = 2 mol n CO + n N2 + 1 mol = 2 mol n CO + n N2 = 1 mol (2) 3nCO 30,4mol (1) και (2) n N 2 = = = 0,6mol και n CO = 0,4 mol 2 2 nco 0, 4mol nn 0,6mol 2 γ P CO = P= 5atm=1atm και P N = P= 5atm=1,5atm 2 nολ 2mol nολ 2mol P CO + P N2 + P Ne = P P Ne = P - P CO - P N2 = 5atm - 1atm - 1,5atm = 2,5 atm 5 Ισοµοριακό αέριο µίγµα των Α και Β 2, αντιδρά σε κατάλληλες συνθήκες σύµφωνα µε τη χηµική εξίσωση: 2Α (g) + 3Β 2(g) 2ΑΒ 3(g) Το αέριο µίγµα µετά το τέλος της αντίδρασης συλλέγεται σε δοχείο πάνω από υγρό Χ, σε θερµοκρασία 727 ο C Ο χώρος συλλογής έχει όγκο 24,6 L Aν η πίεση του αερίου µίγµατος πάνω από το υγρό Χ είναι 22,2 atm, να υπολογίσετε τη σύσταση του ισοµοριακού µίγµατος Α και Β 2 ίνονται: R = 0,082 L atm/mol K, τάση ατµών Χ στους 727 ο C, P o = 2,2 atm Λύση: Έστω ότι το αέριο µίγµα αποτελείται από α mol Α και α mol Β 2 Οι ποσότητες των σωµάτων που αντιδρούν και παράγονται φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: Στο χώρο συλλογής υπάρχουν α/3 mol Α, 2α/3 mol ΑΒ 3 και ατµοί του Χ που έχουν µερική πίεση ίση µε τη τάση ατµών, άρα: p X = 2,2 atm p Α + p ΑΒ3 + p X = 22,2 atm p Α + p ΑΒ3 + 2,2 atm = 22,2 atm p A + p AB3 = 20 atm Εφαρµόζουµε την καταστατική εξίσωση των αερίων για το µίγµα A και AB 3 : α 2α PV = (na + n AB 3 )RT 20atm 24,6L = + mol 0,082L atm/ mol K 1000K 3 3 α=6mol Συνεπώς το ισοµοριακό µίγµα αποτελούνταν από 6 mol A και 6 mol B 2

9 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας 17 Λύνουµε µόνοι µας 1 Να εξετάσετε ποιες από τις παρακάτω ενώσεις είναι πολικές και ποιες µη πολικές: α ΝΗ 3 β CH 4 γ ROH δ HCl ε CO 2 2 Να συγκρίνετε τα σηµεία βρασµού των παρακάτω σωµάτων: α CH 3 CH 2 OH β O 2 γ NaCl δ HCl 3 Να κατατάξετε τις παρακάτω ισοµερείς ενώσεις κατά αυξανόµενο σηµείο βρασµού: α CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 β γ

10 ιαµοριακές δυνάµεις - Καταστάσεις της ύλης 18 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 4 Να εξετάσετε ποια από τις ενώσεις διαλύεται ευκολότερα στο νερό: α αιθανόλη (CH 3 CH 2 OH) β διµεθυλοαιθέρας (CH 3 OCH 3 ) 5 Aέριο µίγµα αποτελείται από ίσες µάζες SO 2, C 2 H 2 και Ο 2 Αν η µερική πίεση του C 2 H 2 είναι 4 atm, να υπολογίσετε: α Τις µερικές πιέσεις των υπολοίπων συστατικών του µίγµατος β Τη συνολική πίεση του µίγµατος ίνονται: Αr S = 32, Ar O = 16, Ar C = 12, Ar H = g ατµών ουσίας Α βρίσκονται σε δοχείο όγκου 20,5 L σε θερµοκρασία 400 K Αν η πίεση στο δοχείο είναι 0,4 atm να υπολογίσετε: α Τη σχετική µοριακή µάζα της Α β Αν η τάση ατµών της Α στους 400 Κ είναι 1,4 atm, πόσα g της Α πρέπει να προστεθούν στο δοχείο ώστε σε αυτό να υπάρχουν 5 g της ουσίας Α σε υγρή κατάσταση;

11 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας 19 7 Αέριο µίγµα σχηµατίζεται από την ανάµειξη 26,4 g CO 2, N A /5 µόρια ΝΟ, 6,72 L αερίου Η 2 S σε συνθήκες STP, 3,28 L Ν 2 θερµοκρασίας 100 Κ και πίεσης 2 atm To µίγµα τοποθετείται σε δοχείο όγκου 57 L και θερµοκρασίας 300 Κ Να υπολογίσετε: ατην ολική πίεση του µίγµατος β Το γραµµοµοριακό κλάσµα κάθε συστατικού γ Τις µερικές πιέσεις κάθε συστατικού ίνονται: Αr C : 12, Ar O : 16, R = 0,082 L atm/mol K

12 ιαµοριακές δυνάµεις - Καταστάσεις της ύλης 20 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 8 Σε δοχείο που έχει όγκο 12,3 L εισάγονται Χ g νερού στους 27 o C ιαπιστώθηκε ότι εξατµίστηκαν Χ/2 g νερού α Να βρεθούν τα Χ g νερού β Πόσος πρέπει να είναι ο ελάχιστος όγκος του δοχείου ώστε να εξατµιστούν όλη η ποσότητα του νερού στους 27 ο C; γ Αν αρχικά στο δοχείο εισαχθούν 0,45 g νερού, ποια θα είναι η πίεση στους 27 o C; ίνονται: Η τάση ατµών του νερού Ρ 0 = 0,1 atm, Μr H2 O = 18, R = 0,082 L atm/mol K

13 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 5 ο Ελέγχουµε τη γνώση µας 21 Ελέγχουµε τη γνώση µας Θέµα 1 ο Α Ποια µόρια ονοµάζονται πολικά και ποια µη πολικά; ώστε από ένα παράδειγµα (Μονάδες 5) Β Από ποιούς παράγοντες και πως εξαρτάται η ισχύς των δυνάµεων London; (Μονάδες 5) Γ Να αναφέρετε τρείς συνέπειες του δεσµού υδρογόνου (Μονάδες 5) Τι είναι τάση ατµών ενός υγρού και από τι εξαρτάται; (Μονάδες 5)

14 ιαµοριακές δυνάµεις - Καταστάσεις της ύλης 22 Ελέγχουµε τη γνώση µας Βήµα 5 ο Ε Τι αναφέρει ο νόµος µερικών πιέσεων του Dalton; (Μονάδες 5) Θέµα 2 ο Α Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασµένες; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας α Τα υγρά σώµατα έχουν ορισµένο σχήµα και όγκο β Όλα τα µόρια των χηµικών στοιχείων είναι µη πολικά γ Υπάρχουν µη πολικά µόρια που περιέχουν πολωµένους δεσµούς δ Η εξάχνωση είναι εξώθερµο φαινόµενο (Μονάδες 10) Β Να συµπληρώσετε τα κενά στην παρακάτω πρόταση: Βρασµό έχουµε όταν η του υγρού εξισωθεί µε την (Μονάδες 5) Γ Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασµένες; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας α Η αντίσταση ενός υγρού στη ροή ονοµάζεται επιφανειακή τάση β Στην κατάσταση ισορροπίας υγρό - ατµός, η ταχύτητα εξάτµισης ισούται µε την ταχύτητα υγροποίησης γ Αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί αύξηση της τάσης ατµών δ Η καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων δεν µπορεί να εφαρµοστεί για µίγµα αερίων (Μονάδες 10)

15 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 5 ο Ελέγχουµε τη γνώση µας 23 Θέµα 3 0 Α Γιατί το CH 3 COOH διαλύεται ευκολότερα στο νερό από τον HCOOCH 3 ; (Μονάδες 5) Β Να αντιστοιχίσετε τα µόρια της στήλης Β µε το είδος των δεσµών της στήλης Α και το χαρακτηρισµό ως προς την πολικότητα της στήλης Γ: Στήλη Α Είδος δεσµών Α 4 απλοί οµοιοπολικοί Β 2 διπλοί οµοιοπολικοί Γ 1 απλός οµοιοπολικός Στήλη Β Μόριο 1 CH 4 2 HCl 3 Cl 2 4 CHCl 3 Στήλη Γ Πολικότητα β Πολικό µόριο γ Μη πολικό µόριο 5 CO 2 (Μονάδες 8) Γ Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση: Σε κλειστό δοχείο σταθερής θερµοκρασίας, βρίσκονται σε ισορροπία υγρό και οι ατµοί του Αν στο δοχείο προσθέσουµε µία ποσότητα ατµών, η πίεση στο δοχείο: α αυξάνεται β µειώνεται γ παραµένει σταθερή δ δεν επαρκούν τα δεδοµένα για απάντηση (Μονάδες 2) Να κατατάξετε κατά αυξανόµενο σηµείο βρασµού τις παρακάτω ενώσεις Αιτιολογίστε την απάντησή σας: α Η 2 Ο β ΗCl γ Ν 2 δ ΚCl (Μονάδες 10)

16 ιαµοριακές δυνάµεις - Καταστάσεις της ύλης 24 Ελέγχουµε τη γνώση µας Βήµα 5 ο Θέµα 4 0 Σε δοχείο µε έµβολο και σταθερή θερµοκρασία 627 ο C, εισάγονται 0,9 g υ- δρατµών Αν ο αρχικός όγκος είναι 73,8 L: α Να υπολογίσετε την πίεση του δοχείου (Μονάδες 5) β Να υπολογίσετε τον ελάχιστο όγκο του δοχείου για τον οποίο υπάρχουν µόνο υδρατµοί (Μονάδες 6) γ Αν ο όγκος του δοχείου γίνει 15 L και προσθέσουµε σε αυτό 0,5 g Ne: i Πόσα mol υγρού υπάρχουν στο δοχείο; (Μονάδες 8) ii Ποια είναι η συνολική πίεση στο δοχείο; (Μονάδες 6) ίνονται: Η τάση ατµών του νερού, στους 627 ο C: P ο = 114 mmhg, R = 0,082 L atm/mol K, Ar H = 1, Ar O = 16, Ar Ne = 20, 1 atm = 760 mmhg

17 Μετά το τέλος της µελέτης του 2ου κεφαλαίου, ο µαθητής θα πρέπει να είναι σε θέση: Να γνωρίζει ποιες αντιδράσεις λέγονται ενδόθερµες και ποιες εξώθερµες Να γνωρίζει τι είναι η ενθαλπία (H) και µε τι ισούται η µεταβολή της ενθαλπίας ( Η) σε ένα σύστηµα Να γράφει θερµοχηµικές εξισώσεις, µε βάση το ποσό θερµότητας που εκλύεται ή απορροφάται ή τη µεταβολή της ενθαλπίας Να γνωρίζει από ποιους παράγοντες εξαρτάται η µεταβολή της ενθαλπίας µίας αντίδρασης Να γνωρίζει τι είναι η πρότυπη ενθαλπία αντίδρασης ( Η 0 ) 0 Να γνωρίζει πως ορίζεται η πρότυπη ενθαλπία σχηµατισµού µίας ένωσης ( Η ) f Να µπορεί να υπολογίσει την πρότυπη ενθαλπία µίας αντίδρασης µε βάση τις πρότυπες ενθαλπίες σχηµατισµού των ενώσεων που παίρνουν µέρος στην αντίδραση Η = Σ Η f( προϊόντων ) Σ Ηf( αντιδρώντων) 0 Να γνωρίζει πως ορίζεται η πρότυπη ενθαλπία καύσης µίας ουσίας ( Η ) c 0 Να γνωρίζει πως ορίζεται η πρότυπη ενθαλπία εξουδετέρωσης ( Η n ) Να κάνει στοιχειοµετρικούς υπολογισµούς, χρησιµοποιώντας το ποσό θερ- µότητας ή τη µεταβολή της ενθαλπίας µίας θερµοχηµικής εξίσωσης Να επιλύει ασκήσεις όπου κάποιο αντιδρών βρίσκεται σε περίσσεια Να επιλύει ασκήσεις οι οποίες αναφέρονται σε αντίδραση µίγµατος Να γνωρίζει τι είναι το θερµιδόµετρο και την εξίσωση της θερµιδοµετρίας (Q = m c Τ) Να γνωρίζει τι είναι η ειδική θερµοχωρητικότητα (c) και η θερµοχωρητικότητα (C) Να µπορεί να διατυπώσει το νόµο Lavoisier - Laplace, Να γνωρίζει το νόµο του Hess και το αξίωµα της αρχικής και τελικής κατάστασης Να µπορεί να δηµιουργήσει θερµοχηµικούς κύκλους Να επιλύει ασκήσεις που αναφέρονται στη θερµιδοµετρία, µε ιδανικά και µη ιδανικά θερµιδόµετρα Να επιλύει ασκήσεις χρησιµοποιώντας το νόµο Lavoisier - Laplace, το νόµο του Hess και το αξίωµα αρχικής και τελικής κατάστασης

18 Θερµοχηµεία 26 Έπαναλαµβάνουµε τη θεωρία Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία Θερµοχηµεία, είναι ο κλάδος της χηµείας που µελετά τις µεταβολές ενέργειας που συνοδεύουν τις χηµικές αντιδράσεις Ενθαλπία (Η), ονοµάζεται η ολική ενέργεια ενός συστήµατος, το οποίο υφίσταται κάποια χηµική ή φυσική µεταβολή, σε σταθερή πίεση Η ενθαλπία ενός συστήµατος δεν προσδιορίζεται, αυτό που µας ενδιαφέρει και µετράµε είναι η µεταβολή της Η µεταβολή ενθαλπίας ( Η) ενός συστήµατος είναι ίση µε τη διαφορά της τελικής ενθαλπίας από την αρχική: Η = Η τελ Η αρχ Όταν η αντίδραση πραγµατοποιείται υπο σταθερή πίεση, η µεταβολή της ενθαλπίας είναι ίση µε το απορροφούµενο ή εκλυόµενο ποσό θερµότητας (q) Ενθαλπία αντίδρασης ( Η), ορίζεται η µεταβολή ενθαλπίας Η µεταξύ των αντιδρώντων και προϊόντων, για δεδοµένες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας: Η = Η αντιδρώντων Η προϊόντων Θερµοχηµικές εξισώσεις, είναι οι εξισώσεις στο δεξιό µέρος των οποίων αναγράφεται η µεταβολή της ενθαλπίας ( Η) ή το ποσό της θερµότητας (q) που εκλύεται ή απορροφάται κατά την αντίδραση Ενδόθερµες αντιδράσεις: Ονοµάζονται οι αντιδράσεις που απορροφούν ενέργεια υπό µορφή θερµότητας από το περιβάλλον Στις ενδόθερµες αντιδράσεις, η ενθαλπία του συστήµατος αυξάνεται, άρα: Η τελ > Η αρχ και Η = Η τελ Η αρχ > 0 Στη θερµοχηµική εξίσωση µίας ενδόθερµης αντίδρασης, η µεταβολή της ενθαλπίας έχει θετική τιµή, ενώ το ποσό θερµότητας αρνητική, για παράδειγµα: C (s) + H 2 O (g) CO (g) + H 2(g) Η = + 129,7 KJ ή C (s) + H 2 O (g) CO (g) + H 2(g) -129,7 KJ Εξώθερµες αντιδράσεις: Ονοµάζονται οι αντιδράσεις που ελευθερώνουν ενέργεια υπό µορφή θερµότητας στο περιβάλλον Στις εξώθερµες αντιδράσεις, η ενθαλπία του συστήµατος µειώνεται, άρα:

19 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία 27 Η τελ < Η αρχ και Η = Η τελ Η αρχ < 0 Στη θερµοχηµική εξίσωση µίας εξώθερµης αντίδρασης, η µεταβολή της ενθαλπίας έχει αρνητική τιµή, ενώ το ποσό θερµότητας θετική, για παράδειγµα: H 2(g) + Cl 2(g) 2HCl (g) Η = - 184,6 ΚJ ή H 2(g) + Cl 2(g) 2HCl (g) +184,6 ΚJ Η ενθαλπία αντίδρασης και η θερµότητα έχουν διαφορετικό πρόσηµο, γιατί η Η αναφέρεται στο σύστηµα, ενώ η q στο περιβάλλον Η µεταβολή της ενθαλπίας µίας αντίδρασης εξαρτάται από: α Τη φύση των αντιδρώντων β Τη φυσική κατάσταση των αντιδρώντων και των προϊόντων γ Τις συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας Στις θερµοχηµικές εξισώσεις θα πρέπει να δηλώνεται και η φυσική κατάσταση των σωµάτων που συµµετέχουν Κατά τον υπολογισµό της ενθαλπίας µίας αντίδρασης, αντιδρώντα και προϊόντα ανάγονται στην ίδια θερµοκρασία Πρότυπη κατάσταση: Πίεση: P = 1 atm ή 760 mmhg Θερµοκρασία: θ = 25 o C ή Τ = 298 Κ Συγκέντρωση: c = 1 M Πρότυπη ενθαλπία αντίδρασης ( Η 0 ), ορίζεται η µεταβολή της ενθαλπίας µίας αντίδρασης σε πρότυπη κατάσταση Πρότυπη ενθαλπία σχηµατισµού ( Η 0 f ) µίας ένωσης ορίζεται η µεταβολή της ενθαλπίας κατά το σχηµατιµό 1 mol της ένωσης από τα συστατικά της στοιχεία, σε πρότυπη κατάσταση Για παράδειγµα: 0 C (γραφίτης) + Ο 2(g) CO 2(g), Η f = -393,5KJ Η Η 0 f των στοιχείων στη σταθερότερη µορφή τους, θεωρήται µηδέν (0) Για 0 0 παράδειγµα: Ηf( ) = 0 ενώ Η γραφιτης f( διαµαντι) 0 Η Η 0 µίας αντίδρασης µπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση: Η = Σ Η Σ Η f( προϊόντων) f( αντιδρώντων) Γενικά, για την αντίδραση: αα + ββ γγ + δ, Η 0 ισχύει: Η 0 = γ Η + δ 0 f( Γ) Η - α 0 f( ) 0 Η - β Η 0 f( Α) f( Β)

20 Θερµοχηµεία 28 Έπαναλαµβάνουµε τη θεωρία Βήµα 1 ο Πρότυπη ενθαλπία καύσης ( Η 0 c ) µίας ουσίας ορίζεται η µεταβολή της ενθαλπίας κατά την πλήρη καύση 1 mol της ουσίας, σε πρότυπη κατάσταση Για παράδειγµα: C H + 5O 3CO + 4H O, Η = 2220KJ 0 3 8g ( ) 2g ( ) 2g ( ) 2 ( l) C Οι αντιδράσεις καύσης είναι εξώθερµες, για αυτό η Η 0 c είναι πάντα αρνητική Πρότυπη ενθαλπία εξουδετέρωσης ( Η 0 n ) ορίζεται η µεταβολή της ενθαλπίας κατά την πλήρη εξουδετέρωση 1 mol Η + ενός οξέος µε µία βάση ή 1 mol ΟΗ µίας βάσης µε ένα οξύ, σε αραιό υδατικό διάλυµα, σε πρότυπη κατάσταση Για παράδειγµα: HCl + NaOH NaCI + H O, Η = 57,1KJ ( aq) ( aq) ( aq) ( l) 0 2 n Οι αντιδράσεις εξουδετέρωσης είναι εξώθερµες, για αυτό η Η 0 n είναι πάντα αρνητική Η Η 0 n για την εξουδετέρωση ισχυρού οξέος από ισχυρή βάση, είναι περίπου σταθερή και ανεξάρτητη από το είδος του οξέος και της βάσης Η Η 0 n για την εξουδετέρωση ασθενούς οξέος από ισχυρή βάση, ή και αντίστροφα είναι µικρότερη κατά απόλυτη τιµή από τη Η 0 n για την εξουδετέρωση ισχυρού οξέος από ισχυρή βάση Θερµιδόµετρο είναι µία συσκευή µε την οποία µετράµε τα ποσά θερµότητας που εκλύονται ή απορροφώνται σε διάφορες φυσικοχηµικές µεταβολές Για να υπολογίσουµε το ποσό θερµότητας, χρησιµοποιούµε τις σχέσεις: α Ιδανικό θερµιδόµετρο: Q = mc Τ β Μη ιδανικό θερµιδόµετρο: Q = (C + mc) Τ Q: το ποσό θερµότητας που εκλύεται ή απορροφάται m: η µάζα της ουσίας της οποίας µεταβάλεται η θερµοκρασία c: η ειδική θερµοχωρητικότητα της παραπάνω ουσίας Τ: η µεταβολή της θερµοκρασίας C: η θερµοχωρητικότητα του θερµιδοµέτρου Ιδανικό ονοµάζεται το θερµιδόµετρο το οποίο έχει θερµοχωρητικότητα µηδέν και µη ιδανικό αυτό που έχει θερµοχωρητικότητα διάφορη από το µηδέν Η ειδική θερµοχωρητικότητα (c) εκφράζει το ποσό θερµότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερµοκρασία 1 g της ουσίας κατά 1 o C Οι µονάδες µέτρησής της είναι: cal g -1 grad -1 ή J g -1 grad -1 Η θερµοχωρητικότητα (C) εκφράζει το ποσό θερµότητας που απαιτείται για να αυξηθεί κατά 1 o C η θερµοκρασία ορισµένης ποσότητας της ουσίας και ισούται µε το γινόµενο της µάζας επί την ειδική θερµοχωρητικότητα της ουσίας: C = mc

21 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία 29 Οι µονάδες µέτρησής της είναι: cal grad -1 ή J grad -1 Νόµος (ή αρχή) Lavoisier - Laplace: Το ποσό της θερµότητας που εκλύεται ή απορροφάται κατά την σύνθεση 1 mol µιας χηµικής ένωσης από τα συστατικά της στοιχεία είναι ίσο µε το ποσό θερµότητας που απορροφάται ή εκλύεται κατά την διάσπαση 1 mol της ίδιας χηµικής ένωσης στα συστατικά της στοιχεία Για παράδειγµα: C + O CO, Η = 393,5ΚJ και CO2( ) C g ( s) + O 2( g), Η2 =+ 393,5ΚJ ( s) 2( g) 2( g) 1 Η αρχή Lavoisier - Laplace είναι συνέπεια της αρχής διατήρησης της ενέργειας Όταν η ενθαλπία µίας αντίδρασης είναι Η, η τιµή της ενθαλπίας της αντίθετης αντίδρασης είναι Η Νόµος του Ηess: To ποσό της θερµότητας που εκλύεται ή απορροφάται σε µια χηµική αντίδραση είναι το ίδιο είτε η αντίδραση πραγµατοποιείται σε ένα είτε σε περισσότερα στάδια Αξίωµα της αρχικής και της τελικής κατάστασης: Το ποσό θερµότητας που εκλύεται ή απορροφάται κατά την µετάβαση ενός χηµικού συστήµατος από µια καθορισµένη αρχική σε µια καθορισµένη τελική κατάσταση είναι ανεξάρτητο από τα ενδιάµεσα στάδια, µε τα οποία µπορεί να πραγµατοποιηθεί η µεταβολή Θερµοχηµικοί κύκλοι: Είναι διαγραµµατικές απεικονίσεις του νόµου του Hess Με τη βοήθειά τους υπολογίζουµε τη µεταβολή της ενθαλπίας σε αντιδράσεις όπου ο άµεσος προσδιορισµός είναι δύσκολος ή αδύνατος, γιατί είναι πολύ αργές ή δεν πραγµατοποιούνται σε συνήθεις συνθήκες Για παράδειγµα, έστω η αντίδραση: Α, Η η οποία πραγµατοποιείται σε τρία επιµέρους στάδια: 1ο στάδιο:α Β, Η 1 2ο στάδιο: Β Γ, Η 2 3ο στάδιο: Γ, Η 3 Θα ισχύει: Η = Η 1 + Η 2 + Η 3 Ο θερµοχηµικός κύκλος είναι:

22 Θερµοχηµεία 30 Επαναλαµβάνουµε τις ασκήσεις κλειδιά Βήµα 2 ο Επαναλαµβάνουµε τις ασκήσεις - κλειδιά Α Από το σχολικό βιβλίο Να λύσω τις ασκήσεις: σ 69: Ασκήσεις: 18, 19, 20 σ 70: Άσκηση 26 σ 71: Ασκήσεις 28, 30, 32, 33 σ 72: Ασκήσεις 35, 36, 37, 38 σ 73: Ασκήσεις 40, 41 Β Από το 3ο και 4ο Βιλιοµάθηµα (Βιβλιοµαθήµατα Χηµείας Β Λυκείου θετικής κατεύθυνσης, εκδόσεις ΟΡΟΣΗΜΟ ) Να διαβάσω τις λυµένες ασκήσεις: (3ο Βιβλιοµάθηµα) (4ο Βιβλιοµάθηµα) σ 57: Παράδειγµα 1 σ 79: Παράδειγµα 1 σ 58: Παράδειγµα 2 σ 80: Παράδειγµα 2 σ 60: Παράδειγµα 3 σ 82: Ασκήσεις 1, 2 σ 63: Άσκηση 2 σ 83: Άσκηση 3 σ 64: Άσκηση 4 σ 65: Άσκηση 5 σ 66: Άσκηση 6 Να λύσω τις ασκήσεις: (3ο Βιβλιοµάθηµα) σ 71: Ασκήσεις: 1, 3, 4, 6 σ 72: Ασκήσεις: 7, 10 σ 73: Ασκήσεις: 12, 13 σ 74: Το ξεχωριστό θέµα (4ο Βιβλιοµάθηµα) σ 89: Ασκήσεις: 1, 3, 5 σ 90: Ασκήσεις: 9, 11 σ 91: Το ξεχωριστό θέµα

23 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 3 ο Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 31 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 1 Σε ένα ιδανικό θερµιδόµετρο αναµιγνύονται 200mL διαλύµατος ΗΝΟ 3 0,5Μ µε 300mL διαλύµατος ΚΟΗ 0,5Μ Αν η αρχική θερµοκρασία των δύο διαλυµάτων είναι 19 ο C, να υπολογιστούν: α Oι συγκεντρώσεις όλων των ουσιών στο τελικό διάλυµα β H θερµοκρασία του τελικού διαλύµατος ίνονται: η ενθαλπία εξουδετέρωσης ισχυρού οξέoς από ισχυρή βάση Η n = 57,1 KJ/mol και η ειδική θερµοχωρητικότητα του τελικού διαλύµατος 4 KJ/Kg o C Η πυκνότητα των διαλυµάτων είναι 1 g/ml Λύση: α Υπολογίζουµε τα mol ΗΝΟ 3 και ΚΟΗ: n HNO3 = c 1 V 1 = 0,1 mol και n KOH = c 2 V 2 = 0,15 mol Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης έχουµε ότι 1 mol HNO 3 αντιδρά µε 1 mol ΚΟΗ, άρα το HΝΟ 3 αντιδρά πλήρως και το ΚΟΗ βρίσκεται σε περίσσεια Στον παρακάτω πίνακα, φαίνονται οι ποσότητες των σωµάτων που αντιδρούν και παράγονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης: Το τελικό διάλυµα έχει όγκο V T = V 1 + V 2 = 0,2L + 0,3L = 0,5 L και περιέχει ΚΟΗ και ΚΝΟ 3 µε συγκεντρώσεις: c KOH = n KOH / V T = 0,05mol / 0,5L = 0,1 M c KNO3 = n KNO3 / V T = 0,1mol / 0,5L = 0,2 M

24 Θερµοχηµεία 32 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις Βήµα 3 ο β Υπολογίζουµε το ποσό θερµότητας που εκλύεται κατά τη διάρκεια της εξουδετέρωσης, µε βάση το σώµα που αντιδρά πλήρως, δηλαδή το ΗΝΟ 3 : Όταν αντιδρά 1 mol ΗΝO 3, εκλύονται 57,1 ΚJ θερµότητας Όταν αντιδρούν 0,1 mol ΗΝO 3, εκλύονται Q ΚJ θερµότητας Q = 0,1 57,1 = 5,71 ΚJ Tα διαλύµατα έχουν πυκνότητα 1 g/ml, συνεπώς το τελικό διάλυµα θα έχει µάζα 0,5 Kg Από την εξίσωση της θερµιδοµετρίας υπολογίζουµε τη µεταβολή της θερµοκρασίας του τελικού διαλύµατος: Q 5,71KJ o Q = mc Τ Τ = = = 2, 855 C o mc 0,5Kg 4KJ / Kg C Η αρχική θερµοκρασία του διαλύµατος ήταν Τ αρχ = 19 ο C Τ = Τ τελ Τ αρχ Ττελ = Τ αρχ + Τ = 19 ο C + 2,855 o C = 21,855 o C 2 Κατά την καύση 3 g C, 24 g CH 4 και 2,24 L H 2 σε STP, ελευθερώνονται αντίστοιχα 23,5 Kcal, 315 Kcal και 6,9 Kcal θερµότητας Να υπολογιστούν: α Οι ενθαλπίες καύσης των C, CH 4 και H 2 β Η ενθαλπία σχηµατισµού του CH 4 γ Αν κατά την καύση 14 g µίγµατος C και CH 4 ελευθερώνονται 152 Κcal θερµότητας, να βρεθεί η κατά βάρος σύσταση του µίγµατος Όλα τα ποσά θερµότητας µετρήθηκαν στην ίδια θερµοκρασία ίνονται: Ar C = 12, Μr CH4 = 16 Λύση: α Θα πρέπει να υπολογίσουµε το ποσό θερµότητας που ελευθερώνεται κατά την καύση 1 mol C, 1 mol CH 4 και 1 mol H 2 mc 3g Τα mol του C που κάηκαν είναι: n = 0,25mol C Ar = 12g / mol = C Άρα έχουµε: 0,25 mol C ελευθερώνουν 23,5 Κcal 1 mol C ελευθερώνει x; Kcal άρα: x = 94 Kcal ηλαδή η ενθαλπία καύσης του C στις συγκεκριµένες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης είναι Η 1 = -94 Kcal/mol mch 24g 4 Τα mol του CΗ 4 που κάηκαν είναι: n = 1,5mol CH4 Mr = 16g / mol = CH4 Άρα έχουµε: 1,5 mol CΗ 4 ελευθερώνουν 315 Κcal 1 mol CΗ 4 ελευθερώνει y; Kcal y = 210 Kcal

25 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 3 ο Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 33 ηλαδή η ενθαλπία καύσης του CH 4 στις συγκεκριµένες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης είναι Η 2 = -210 Kcal/mol VH 2, 24L 2 Τα mol του H 2 που κάηκαν είναι: n = 0,1mol H2 Vm = 22,4L / mol = Άρα έχουµε: 0,1 mol Η 2 ελευθερώνουν 6,9 Κcal 1 mol Η 2 ελευθερώνει ω;kcal ω = 69 Kcal ηλαδή η ενθαλπία καύσης του H 2 στις συγκεκριµένες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης είναι Η 3 = -69 Kcal/mol β Για να βρούµε την ενθαλπία σχηµατισµού του CH 4 ( Η f ), γράφουµε τη θερµοχη- µική εξίσωση της αντίδρασης που θέλουµε να υπολογίσουµε την ενθαλπία: C (s) + 2H 2(g) CH 4(g), Η f = ; Με βάση το πρώτο ερώτηµα, γράφουµε τις θερµοχηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων που γνωρίζουµε την ενθαλπία: C (s) + O 2(g) CO 2(g), Η 1 = -94 Kcal (1) CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (l), Η 2 = -210 Kcal (2) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l), Η 3 = -69 Kcal (3) Για να δηµιουργήσουµε τη χηµική εξίσωση της αντίδρασης της οποίας θέλουµε να υπολογίσουµε την ενθαλπία: Γράφουµε την (1) όπως είναι: C (s) + O 2(g) CO 2(g), Η 1 = -94 Kcal Αντιστρέφουµε τη (2): CO 2(g) + 2H 2 O (l) CH 4(g) + 2O 2(g), Η 2 = 210 Kcal Πολλαπλασιάζουµε τη (3) επί 2: 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (l), Η 3 = -138 Kcal Προσθέτουµε κατά µέλη τις παραπάνω χηµικές εξισώσεις: C (s) + 2H 2(g) CH 4(g), Η f = Η 1 + Η 2 + Η 3 Άρα Η f = Η 1 + Η 2 + Η 3 = ( )Κcal = -22 Kcal Συνεπώς η ενθαλπία σχηµατισµού του CH 4 είναι -22 Κcal/mol γ Έστω ότι το µίγµα αποτελείται από α mol C και β mol CH 4 Ισχύει: m C + m CH4 = m µιγµ n C Ar C + n CH4 Μr CH4 = m µιγµ ηλαδή: 12α + 16β = 14 (4) 1 mol C ελευθερώνει 94 Kcal α mol C ελευθερώνουν Q 1 Κcal Q 1 = 94α Kcal

26 Θερµοχηµεία 34 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις Βήµα 3 ο 1 mol CΗ 4 ελευθερώνει 210 Kcal β mol CΗ 4 ελευθερώνουν Q 2 Κcal Q 2 = 210β Kcal Η συνολική θερµότητα που ελευθερώνεται είναι Q = 152 Kcal, άρα: Q 1 + Q 2 = Q, δηλαδή: 94α + 210β = 152 (5) Από την επίλυση των (4) και (5) έχουµε: α = 0,5 mol και β = 0,5 mol m C = n C Ar C = 0,5mol 12g/mol = 6 g m CH4 = n CH4 Mr CH4 = 0,5mol 16g/mol = 8 g Άρα η κατά βάρος σύσταση του µίγµατος είναι 6 g C και 8 g CH 4 3 Η πρότυπη ενθαλπία καύσης του CO είναι Η 0 c(co) = -283 KJ/mol και η πρότυπη ενθαλπία σχηµατισµού του NO 2 είναι Η 0 f(no 2 ) = + 35,375 KJ/mol α Ποια αναλογία όγκων πρέπει να έχει αέριο µίγµα CO και N 2 ώστε αν καεί µε την απαιτούµενη ποσότητα Ο 2, να µην παρατηρηθεί καµία θερ- µική µεταβολή; Ισοµοριακό µίγµα CO και N 2 όγκου 12L που βρίσκεται σε πίεση 0,82 atm και θερµοκρασία 127 ο C, αντιδρά πλήρως µε Ο 2 β Πόσα L Ο 2 µετρηµένα σε STP απαιτήθηκαν για την αντίδραση; γ Ποιο είναι το συνολικό θερµικό αποτέλεσµα της αντίδρασης του µίγµατος µε το Ο 2 ; ίνεται: R = 0,082 L atm/mol K Λύση: Η θερµοχηµική εξίσωση της καύσης του CO είναι: CO (g) + 1/2 O 2(g) CO 2(g), Η 0 c(co) = -283 KJ (1) H θερµοχηµική εξίσωση του σχηµατισµού του ΝΟ 2 είναι: 1/2 Ν 2(g) + O 2(g) ΝΟ 2(g), Η 0 f(no 2 ) = + 35,375 KJ (2) α Έστω ότι το µίγµα αποτελείται από x mol CO και y mol N 2 Θα υπολογίσουµε, σε συνάρτηση µε τα x και y, τα ποσά θερµότητας που εκλύονται στην αντίδραση (1) και απορροφούνται στην αντίδραση (2): Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης (1) έχουµε: Όταν αντιδρά 1 mol CO, εκλύονται 283 ΚJ Όταν αντιδρούν x mol CO, εκλύονται Q 1 ΚJ Q 1 = 283x KJ Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης (2) έχουµε: Όταν αντιδρoύν 0,5 mol Ν 2, απορροφούνται 35,375 ΚJ Όταν αντιδρούν y mol N 2, απορροφούνται Q 2 ΚJ

27 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 3 ο Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 35 Q 2 = 70,75y KJ Για να µην παρατηρηθεί θερµική µεταβολή πρέπει το ποσό θερµότητας που εκλύεται στη πρώτη αντίδραση, να απορροφάται πλήρως από τη δεύτερη x 70,75 ηλαδή: Q = Q 283xKJ = 70,75yKJ 1 2 y = 283 x = 1 y 4 Άρα η αναλογία mol του µίγµατος είναι 1/4 Όµως η αναλογία mol σε ένα αέριο µίγµα είναι και αναλογία όγκων, συνεπώς: VCO 1 = V 4 β Το µίγµα είναι ισοµοριακό, συνεπώς: n CO = n N2 = ω mol Eφαρµόζουµε την καταστατική εξίσωση των αερίων για το µίγµα: PV = n RT PV = (n + n )RT oλ CO N 2 N2 0,82atm 12L = 2ω mol 0, 082 Latm / molk ( )K ω = 0,15 mol Άρα: n CO = n N2 = 0,15 mol Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης (1) έχουµε: 1 mol CO αντιδρά µε 0,5 mol O 2 0,15 mol CO αντιδρούν µε α mol Ο 2 α = 0,075 mol O 2 Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης (2) έχουµε: 0,5 mol N 2 αντιδρούν µε 1 mol O 2 0,15 mol N 2 αντιδρούν µε β mol Ο 2 β = 0,3 mol O 2 Άρα τα mol O 2 που απαιτήθηκαν είναι: n Ο2 = (0, ,3)mol = 0,375 mol V Ο2 = n Ο2 V m = 0,375 mol 22,4 L/mol = 8,4 L γ Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης (1) έχουµε: Όταν αντιδρά 1 mol CO, εκλύονται 283 ΚJ Όταν αντιδρούν 0,15 mol CO, εκλύονται Q 3 ΚJ Q 3 = 42,45 KJ Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης (2) έχουµε: Όταν αντιδρoύν 0,5 mol Ν 2, απορροφούνται 35,375 ΚJ Όταν αντιδρούν 0,15 mol N 2, απορροφούνται Q 4 ΚJ Q 4 = 10,6125 KJ Το θερµικό αποτέλεσµα είναι: Q = Q 3 Q 4 = (42,45 10,6125)KJ = 31,8375 KJ Άρα εκλύονται 31,8375 KJ θερµότητας

28 Θερµοχηµεία 36 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις Βήµα 3 ο 4 Αέριο µίγµα που περιέχει CH 4 και C 2 H 6, έχει πίεση 5 atm, ενώ η µερική πίεση του CH 4 είναι 2 atm To αέριο µίγµα καίγεται πλήρως και κατά την καύση υπάρχουν απώλειες θερµότητας 40% Το ποσό θερµότητας που ελευθερώνεται τελικά είναι Q = 8076 ΚJ και χρησιµοποιείται για τη διάσπαση του σώµατος Α, σύµφωνα µε την αντίδραση: 2Α (g) B (g) + Γ (g), Η = KJ α Ποια είναι η γραµµοµοριακή σύσταση του µίγµατος β Πόσα L του Α, µετρηµένα σε STP διασπώνται; ίνονται οι Η c : CH 4(g) = 890 KJ/mol και C 2 H 6(g) = 1650 KJ/mol Λύση: α Έστω ότι το µίγµα αποτελείται από x mol CH 4 και y mol C 2 H 6 Για την πίεση του µίγµατος ισχύει: Ρ = p CH4 + p C2 H 6 5atm = 2atm + p C2 H 6 p C2 H 6 = 3atm Σε ένα αέριο µίγµα η αναλογία των µερικών πιέσεων των συστατικών του είναι και αναλογία mol, άρα: nch p 4 CH4 = x = 2 (1) nch p 2 6 CH y Η θερµοχηµική εξίσωση της καύσης του CH 4 είναι: CH4g ( ) + 2O2g ( ) CO2g ( ) + H2O ( l), Η1 = 890KJ 1 mol CH 4 ελευθερώνει 890 ΚJ x mol CH 4 ελευθερώνουν Q 1 KJ Q 1 = 890x KJ Η θερµοχηµική εξίσωση της καύσης του C 2 H 6 είναι: C2H6g ( ) + 7/2O2g ( ) 2CO2g ( ) + 3H2O ( l), Η2 = 1650KJ 1 mol C 2 H 6 ελευθερώνει 1650 ΚJ y mol C 2 H 6 ελευθερώνουν Q 2 KJ Q 2 = 1650y KJ Οι απώλειες θερµότητας είναι 40%, άρα: 0,6(Q 1 + Q 2 ) = Q 0,6(890x y)KJ = 8076 KJ 890x y = (2) Από την επίλυση των εξισώσεων (1) και (2) έχουµε: x = 4 και y = 6 Άρα η γραµµοµοριακή σύσταση του µίγµατος είναι: 4 mol CH 4 και 6 mol C 2 H 6 β Για να διασπαστούν 2 mol A απαιτούνται 2692 ΚJ Για να διασπαστούν ω mol A απαιτούνται 8076 ΚJ ω = 6 mol A Άρα, V A = n A V m = 6mol 22,4 L/mol = 134,4 L

29 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας 37 Λύνουµε µόνοι µας 1 Κατά την αντίδραση 4 g S µε το O 2 προς το σχηµατισµό SO 2 εκλύονται 25 ΚJ θερµότητας α Να υπολογισθεί η πρότυπη ενθαλπία σχηµατισµού του SO 2 β Αναµιγνύονται 25,6 g SO 2 µε 8,96 L O 2, µετρηµένα σε STP, µε αποτέλεσµα να σχηµατίζεται SO 3 Να υπολογιστεί η θερµότητα που εκλύεται κατά την αντίδραση γ Να γίνει σε δύο στάδια ο θερµοχηµικός κύκλος της καύσης του S σε SO 3 δ Να βρεθεί πόσα g S και πόσα L O 2 (σε STP) πρέπει να αντιδράσουν πλήρως, σύµφωνα µε τη χηµική εξίσωση: S + O 2 SO 2 ώστε να εκλυθεί θερµότητα που θα προκαλέσει αύξηση της θερµοκρασίας 5 Kg H 2 O κατά 40 ο C ίνονται: Η 0 f(so 3 ) = -297 KJ/mol, c H2 O = 1 cal/g grad, Αr S = 32, Ar O = 16 Όλες οι θερµότητες αναφέρονται σε πρότυπες συνθήκες

30 Θερµοχηµεία 38 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 2 H ενθαλπία εξουδετέρωσης του HBr, που είναι ισχυρό οξύ, από το ΚΟΗ στους θ ο C είναι 13,8 Κcal/mol α Σε αραιό υδατικό διάλυµα που περιέχει 16,2 g HBr και 0,2 mol HA προστίθενται 22,4 g KOH και εκλύονται 5,52 Κcal To oξύ ΗΑ είναι ασθενές ή ισχυρό; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας β Πόσα g HBr πρέπει να αντιδράσουν µε ΚΟΗ ώστε η θερµότητα που θα ελευθερωθεί να χρησιµοποιηθεί για τη διάσπαση 0,8 mol CaCO 3 στα στοιχεία του; ίνονται: Αr K = 39, Ar O = 16, Ar Br = 80, Ar H = 1, καθώς και η Η f (CaCO 3 ) = -1207,5 KJ/mol, 1 KJ = 0,24 KCal 3 22,6 g δείγµατος C που περιέχουν πρόσµιξη S, καίγονται πλήρως και το ποσό θερµότητας που εκλύεται, δαπανάται πλήρως για τη διάσπαση του CaCO 3 σε CaO και CO 2 Αν διασπάστηκαν 400 g CaCO 3, να βρεθούν: α Η ενθαλπία της αντίδρασης: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) β Το ποσό θερµότητας που ελευθερώθηκε κατά την καύση γ Το επι τοις εκατό (%) ποσοστό του δείγµατος σε S ίνονται: Η c(c) = 94 Κcal/mol, Η C(S) = 70 Kcal/mol, Η f (CaCO 3 ) = 288 Kcal/mol, Η f (CaO) = 152 Kcal/mol, Ar Ca = 40, Ar C =

31 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας 39 12, Ar O = 16, Ar S = 32 Όλες οι αντιδράσεις πραγµατοποιήθηκαν στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης 4 Αέριο µίγµα CH 4 και C 2 H 6 έχει όγκο 33,6 L µετρηµένο σε STP Το γραµ- µοµοριακό κλάσµα του CH 4 στο µίγµα είναι 0,4 α Ποια είναι η % ν/ν σύσταση του µίγµατος; β Το αέριο µίγµα καίγεται πλήρως και το ποσό θερµότητας που εκλύεται χρησιµοποιείται για την πλήρη διάσπαση 1,2 mol Αl 2 O 3 σε Al και Ο 2 Να βρεθούν το ποσό της θερµότητας που εκλύεται κατά την καύση καθώς και η ενθαλπία καύσης του C 2 H 6 ίνονται η ενθαλπία καύσης του CH 4, Η C = -890 KJ/mol, η ενθαλπία σχηµατισµού του Al 2 O 3 Η f = 1682,5 KJ/mol

32 Θερµοχηµεία 40 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 5 Στην οβίδα ενός θερµιδόµετρου εισάγονται 6,5 g C 2 H 2 τα οποία καίγονται πλήρως και ελευθερώνονται 325 KJ Το θερµιδόµετρο περιέχει 2 Kg H 2 O θερµοκρασίας 18 o C Να υπολογιστούν: α Η ενθαλπία καύσης του C 2 H 2 β Ποια θα είναι η θ του H 2 O µετά την αντίδραση γ Η ενθαλπία σχηµατισµού του C 2 H 2 ίνονται: c H2 O = 4,2 J/g grad, οι ενθαλπίες σχηµατισµού των H 2 O (l) : Η f1 = 286 KJ/mol και του CO 2 : Η f2 = 394 KJ/mol Η θερµοχωρητικότητα του θερµιδόµετρου θεωρείται αµελητέα

33 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας 41 6 Στους 27 o C, σε δοχείο όγκου 41 L βρίσκονται σε ισορροπία υγρή και αέρια αλκοόλη C ν Η 2ν+1 ΟΗ (g) To µίγµα ισορροπίας έχει 4,6 g υγρής και 9,2 g αέριας αλκοόλης α Να βρεθεί ο µοριακός τύπος της αλκοόλης β Ποιος θα πρέπει να είναι ο ελάχιστος όγκος του δοχείου, ώστε όλη η ποσότητα της αλκοόλης να βρίσκεται στην αέρια φάση; γ Όλη η ποσότητα της αλκοόλης καίγεται σε θερµιδόµετρο Να βρεθούν: i Το ποσό της θερµότητας που ελευθερώνεται ii Αν στο θερµιδόµετρο υπάρχουν 2 Kg H 2 O θερµοκρασίας 20 ο C, να βρεθεί η τελική θερµοκρασία ίνονται: R = 0,082 L atm/mol K, η τάση ατµών της αλκοόλης P 0 = 0,12 atm στους 27 ο C, η ενθαλπία καύσης της αλκοόλης KJ/mol, c H2 O = 4,2 J/ g grad H θερµοχωρητικότητα του θερµιδόµετρου θεωρείται αµελητέα

34 Θερµοχηµεία 42 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 7 Μίγµα αποτελείται από CO και υδρατµούς, µε αναλογία µορίων 3/2 Τα συστατικά του µίγµατος αντιδρούν, σύµφωνα µε τη χηµική εξίσωση: CO (g) + H 2 O (g) CO 2(g) + H 2(g) α Αν για να πραγµατοποιηθεί η αντίδραση, απορροφήθηκαν από το περιβάλλον 40 KJ και η ενθαλπία της αντίδρασης είναι 100 KJ, να βρεθεί η κατά βάρος σύσταση του αρχικού µίγµατος β Το τελικό µίγµα των αερίων της αντίδρασης διαβιβάζεται σε δοχείο που έχει όγκο 20,5 L στους 27 o C Nα βρεθούν: i Η ολική πίεση ii Οι µερικές πιέσεις των συστατικών του µιγµατος ίνονται: Αr C = 12, Ar O = 16, Ar H = 1, R = 0,082 L atm/mol K

35 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας 43 8 ίνονται οι πρότυπες ενθαλπίες σχηµατισµού των: CH 4(g) = 76 KJ/mol, CO 2(g) = 395 KJ/mol, H 2 O (l) = 286 KJ/mol, και η πρότυπη ενθαλπία καύσης του C 2 H 6(g) = 1650 KJ/mol Να βρεθούν: α Η πρότυπη ενθαλπία καύσης του CH 4 β H πρότυπη ενθαλπία σχηµατισµού του C 2 H 6 γ Ποια από τις δύο ενώσεις CH 4 και C 2 H 6 αποδίδει κατά την καύση της µεγαλύτερο ποσό θερµότητας ανα g; ίνονται: Αr C = 12, Ar H = 1

36 Θερµοχηµεία 44 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 9 Kατά την καύση αερίου ισοµοριακού µίγµατος CH 4 και ενός αλκανίου, ελευθερώνονται 254 KJ, σε πρότυπη κατάσταση Αν η πρότυπη ενθαλπία σχηµατισµού του αλκανίου είναι +4 ΚJ/mol και η πρότυπη ενθαλπία καύσης του αλκανίου 1650 KJ/mol, να υπολογιστούν: α Ο µοριακός τύπος του αλκανίου β Ο όγκος του αρχικού µίγµατος που καήκε, σε συνθήκες STP γ Η κατά βάρος σύσταση του αρχικού µίγµατος ίνονται: Η 0 c(c) = 394 KJ/mol, Η 0 fh 2 O(l) = 286 KJ/mol, Η 0 c(ch 4 ) = 890 KJ/mol, Ar C = 12, Ar H = 1

37 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 5 ο Ελέγχουµε τη γνώση µας 45 Ελέγχουµε τη γνώση µας Θέµα 1 ο Α Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η µεταβολή της ενθαλπίας µίας αντίδρασης; (Μονάδες 5) Β Να διατυπώσετε το νόµο του Hess (Μονάδες 5) Γ Σε ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις έχουµε µεγαλύτερη µεταβολή της ενθαλπίας κατά απόλυτη τιµή; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 1 Η 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) 2 Η 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (g) 3 Η 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (s) (Μονάδες 15) Θέµα 2 ο Α H ενθαλπία σχηµατισµού του CaCO 3 υπολογίζεται από τη µεταβολή της ενθαλπίας στην αντίδραση που περιγράφεται στη χηµική εξίσωση:

38 Θερµοχηµεία 46 Ελέγχουµε τη γνώση µας Βήµα 5 ο 1 2Ca (s) + 2C (s) + 3O 2(g) 2CaCO 3(s) 2 Ca (s) + C (s) + 3/2 O 2(g) CaCO 3(s) 3 CaO (s) + CO 2(g) CaCO 3(s) 4 Ca(OH) 2(aq) + CO 2(aq) CaCO 3(s) + H 2 O (l) (Μονάδες 5) Β H θερµοχωρητικότητα µίας ουσίας εκφράζεται συνήθως σε: 1 g cal grad 1 2 cal grad 1 3 J grad 4 J 1 grad 1 (Μονάδες 5) Γ Να συµπληρώσετε τα κενά στην παρακάτω πρόταση: Πρότυπη ενθαλπία µίας ένωσης Η 0 f είναι η µεταβολή της κατά το σχηµατισµό της ένωσης από τα της στοιχεία, σε κατάσταση (Μονάδες 5) Η πρότυπη ενθαλπία σχηµατισµού του CO 2(g) είναι 393 ΚJ/mol, ενώ του CO (g) είναι 110 ΚJ/mol 1 Ποια από τις δύο ενώσεις θεωρείται σταθερότερη σε σχέση µε τα στοιχεία της; 2 Ποια είναι η πρότυπη ενθαλπία της αντίδρασης: 2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(g) (Μονάδες 10) Θέµα 3 ο Α H ενθαλπία σχηµατισµού του C 2 H 4 είναι +12 Κcal/mol και του C 2 H 2 είναι +52 Kcal/mol α Να υπολογίσετε την ενθαλπία της αντίδρασης: C 2 H 2 + Η 2 C 2 H 4 β 10,4 g C 2 H 2 αναµιγνύονται µε 11,2 L Η 2, µετρηµένα σε STP και αντιδρούν, δίνοντας ως προϊόν µόνο C 2 H 4 Να υπολογίσετε το ποσό θερµότητας που εκλύεται ή απορροφάται ίνονται: Ar H = 1, Ar C = 12, όλες οι αντιδράσεις αναφέρονται σε ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης (Μονάδες 8+9)

39 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 5 ο Ελέγχουµε τη γνώση µας 47 Β 9 g C καίγονται πλήρως σε θερµιδόµετρο που περιέχει 2 Κg H 2 O και παρατηρείται αύξηση της θερµοκρασίας κατά 20 ο C Να υπολογίσετε τη θερµοχωρητικότητα του οργάνου ίνονται: Η ενθαλπία καύσης του άνθρακα 94 Κcal/mol, η ειδική θερµοχωρητικότητα του νερού 1 cal/g grad, Ar C = 12 (Μονάδες 8) Θέµα 4 ο 22,4 L αερίου µίγµατος Η 2 και Cl 2 µετρηµένα σε STP αντιδρούν σε κλειστό δοχείο Μετά το τέλος της αντίδρασης, το αέριο µίγµα που προκύπτει διαβιβάζεται σε περίσσεια διαλύµατος NaOH και εξουδετερώνεται πλήρως Τελικά βρίσκεται ότι αποµένουν 4,48 L αερίου Η 2 µετρηµένα σε STP Να βρεθούν: α Τα mol των αερίων στο αρχικό µίγµα β Το ποσό θερµότητας που ελευθερώνεται κατά την αντίδραση του αρχικού αέριου µίγµατος γ Aν η θερµότητα που ελευθερώθηκε από την εξουδετέρωση απορροφήθηκε από ορισµένη ποσότητα νερού και η θερµοκρασία του αυξήθηκε κατά 5,6 ο C, ποια είναι η µάζα του νερού; ίνονται: Η ενθαλπία σχηµατισµού του HCl: 22 Kcal/mol, η ενθαλπία εξουδετέρωσης ισχυρού οξέος από ισχυρή βάση: 14 Kcal/mol και η ειδική θερ-

40 Θερµοχηµεία 48 Ελέγχουµε τη γνώση µας Βήµα 5 ο µοχωρητικότητα του νερού c = 1 cal/g K Όλα τα ποσά θερµότητας µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης (Μονάδες )

41 Μετά το τέλος της µελέτης του 3ου κεφαλαίου, ο µαθητής θα πρέπει να είναι σε θέση: Να υπολογίζει το ρυθµό µεταβολής της συγκέντρωσης των αντιδρώντων και των προϊόντων µίας αντίδρασης Να υπολογίζει τη µέση ταχύτητα µίας αντίδρασης, όταν γνωρίζει τη µεταβολή της συγκέντωσης κάποιου αντιδρώντος ή προϊόντος, σε συνάρτηση µε το χρόνο Να υπολογίζει τη µέση ταχύτητα µίας αντίδρασης µε τη βοήθεια της πίεσης, σε αντιδράσεις που παίρνουν µέρος αέρια σώµατα Να υπολογίζει τη στιγµιαία ταχύτητα µίας αντίδρασης, µε τη χρήση σχέσεων ή από τη καµπύλη αντίδρασης Να γνωρίζει τι είναι ο µηχανισµός της αντίδρασης Να µπορεί να αναπτύξει τη θεωρία των συγκρούσεων και τη θεωρία της µεταβατικής κατάστασης Να γνωρίζει ποιοι παράγοντες και πως επηρεάζουν την ταχύτητα µίας αντίδρασης Να γνωρίζει τι είναι οι καταλύτες, ποια είδη κατάλυσης υπάρχουν και ποιες θεωρίες ερµηνεύουν τη δράση των καταλυτών Να γνωρίζει το νόµο της ταχύτητας Να γνωρίζει τι είναι, τι εκφράζει και από τι εξαρτάται η σταθερά ταχύτητας (k) µίας αντίδρασης Να µπορεί να υπολογίσει την ολική τάξη µίας αντίδρασης καθώς και την τάξη της αντίδρασης ως προς κάποιο συστατικό Να µπορεί να γράψει το νόµο της ταχύτητας µίας πολύπλοκης αντίδρασης, όταν του δίνεται ο µηχανισµός της Να µπορεί να προτείνει ένα πιθανό µηχανισµό µίας αντίδρασης, όταν γνωρίζει το νόµο της ταχύτητας της αντίδρασης Να µπορεί να προτείνει ένα πιθανό µηχανισµό µίας αντίδρασης, όταν γνωρίζει πως µεταβάλεται η ταχύτητα της αντίδρασης σε συνάρτηση µε τη συγκέντρωση κάθε αντιδρώντος

42 Χηµική Κινητική 50 Έπαναλαµβάνουµε τη θεωρία Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία Χηµική κινητική, είναι ο κλάδος της χηµείας που µελετά την ταχύτητα των αντιδράσεων, τους παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα και τους µηχανισµούς της αντίδρασης Ρυθµός µεταβολής της συγκέντρωσης: Ρυθµός µεταβολής της συγκέντρωσης αντιδρώντος: (µεταβολή συγκέντρωσης αντιδρώντος) Είναι ίσος µε το πηλίκο: αντίστοιχο χρονικό διάστηµα Το αρνητικό πρόσηµο εισάγεται, ώστε ο ρυθµός µεταβολής της συγκέντρωσης να έχει θετική τιµή Ρυθµός µεταβολής της συγκέντρωσης προϊόντος: µεταβολή συγκέντρωσης προϊόντος Είναι ίσος µε το πηλίκο: αντίστοιχο χρονικό διάστηµα Οι ρυθµοί µεταβολής των συγκεντρώσεων των ουσιών που συµµετέχουν σε µία αντίδραση, είναι ανάλογοι των συντελεστών τους στη χηµική εξίσωση της αντίδρασης Ταχύτητα αντίδρασης: Μέση ταχύτητα: Η µέση ταχύτητα αντίδρασης µε γενική µορφή: αα + ββ γγ + δ, για χρονικό διάστηµα t, είναι: 1 [Α] 1 [B] 1 [Γ] 1 [ ] υ=- = - = = α t β t γ t δ t Η ταχύτητα µίας αντίδρασης στην αρχή είναι µέγιστη και µε την πάροδο του χρόνου ελαττώνεται, ώσπου τελικά µηδενίζεται Η ταχύτητα µίας αντίδρασης είναι ίση µε τον ρυθµό µεταβολής της συγκέντρωσης των αντιδρώντων ή προϊόντων που έχουν συντελεστή 1 στη χηµική της εξίσωση Στιγµιαία ταχύτητα: Η στιγµιαία ταχύτητα αντίδρασης µε γενική µορφή: αα + ββ γγ + δ, για ορισµένη χρονική στιγµή t, είναι: 1 d[α] 1 d[b] 1 d[γ] 1 d[ ] υ=- = - = = α dt β dt γ dt δ dt

43 Χηµεία Β Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία 51 Όπου d[x], η απειροελάχιστη µεταβολή της συγκέντρωσης και dt, η απειροελάχιστη µεταβολή του χρόνου Καµπύλη αντίδρασης ονοµάζεται η γραφική παράσταση που µας δείχνει πως µεταβάλλεται η συγκέντρωση ενός αντιδρώντος ή ενός προϊόντος κατά τη διάρκεια της αντίδρασης Υπολογισµός στιγµιαίας ταχύτητας από την καµπύλη αντίδρασης: Για να υπολογίσουµε τη στιγµιαία ταχύτητα της αντίδρασης εργαζόµαστε ως εξής: Σχεδιάζουµε την καµπύλη της αντίδρασης Φέρνουµε την εφαπτοµένη της καµπύλης στο σηµείο που θέλουµε να υπολογίσουµε τη στιγµιαία ταχύτητα Υπολογίζουµε την κλίση της εφαπτοµένης, η οποία είναι ίση µε το ρυθµό µεταβολής της συγκέντρωσης του αντιδρώντος ή του προϊόντος της καµπύλης Με τη βοήθεια του ρυθµού µεταβολής υπολογίζουµε τη στιγµιαία ταχύτητα Μηχανισµός αντίδρασης είναι µία λεπτοµερής περιγραφή των επιµέρους αντιδράσεων που πραγµατοποιούνται κατά τη διάρκεια µίας αντίδρασης Απλές ή στοιχειώδεις χαρακτηρίζονται οι αντιδράσεις που πραγµατοποιούνται σε ένα στάδιο Πολύπλοκες χαρακτηρίζονται οι αντιδράσεις που πραγµατοποιούνται σε δύο ή περισσότερα στάδια Θεωρία συγκρούσεων: Σύµφωνα µε τη θεωρία αυτή, για να πραγµατοποιηθεί η αντίδραση πρέπει: Τα σωµατίδια των αντιδρώντων να συγκρουστούν αποτελεσµατικά Μία σύγκρουση είναι αποτελεσµατική όταν: α Τα σωµατίδια έχουν τον κατάλληλο προσανατολισµό β Τα σωµατίδια έχουν µία ελάχιστη τιµή ενέργειας, η οποία ονοµάζεται ενέργεια ενεργοποίησης (Ε α ) Όσο µεγαλύτερος είναι ο αριθµός των αποτελεσµατικών συγκρούσεων, τόσο µεγαλύτερη είναι και η ταχύτητα µίας αντίδρασης Θεωρία µεταβατικής κατάστασης: Σύµφωνα µε τη θεωρία αυτή, κατά τη σύγκρουση των σωµατιδίων των αντιδρώντων: ηµιουργείται ένα ασταθές ενδιάµεσο προϊόν, το ενεργοποιηµένο σύµπλοκο Το ενεργοποιηµένο σύµπλοκο απορροφά την ενέργεια ενεργοποίησης Σε όλες τις αντιδράσεις, ενδόθερµες και εξώθερµες, το ενεργοποιηµένο σύ- µπλοκο έχει µεγαλύτερη ενέργεια από τα προϊόντα και τα αντιδρώντα Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα µίας αντίδρασης: α Συγκέντρωση των αντιδρώντων: Αύξηση της προκαλεί αυξηση της ταχύτητας β Πίεση: Όταν ένα τουλάχιστον από τα αντιδρώντα είναι αέριο, αύξηση της πίεσης προκαλεί αύξηση της ταχύτητας γ Επιφάνεια επαφής των στερεών: Αύξηση της, προκαλεί αύξηση της ταχύτητας δ Θερµοκρασία: Αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί αύξηση της ταχύτητας