www.projektsako.cz
CHEMIE Pracovní list č. 4 - žákovská verze Téma: Tepelné zabarvení chemických reakcí
Lektor:
Mgr. Kateřina Dlouhá
Projekt: Reg. číslo:
Student a konkurenceschopnost CZ.1.07/1.1.07/03.0075
Teorie: Průběh chemických reakcí je spojen s uvolňováním nebo se spotřebou tepla. Studiem tepelného zabarvení reakcí se zabývá termochemie, která je součástí chemické termodynamiky. Jelikož většina chemických reakcí prováděných v laboratořích i v průmyslových zařízeních probíhá za konstantního tlaku (izobarické děje), je pro reakční teplo Qm neboli množství tepla, které soustava v rozsahu jednoho molu reakčních přeměn vymění s okolím, používán název entalpie H. Entalpie je stavová veličina, jejíž absolutní hodnotu nelze změřit. Proto se stanovuje změna entalpie, která je vztažena na určitý předem dohodnutý – tzv. standardní stav. Za standardní je považován takový stav látky, který je při teplotě 298,15 K a tlaku 101,325 kPa látka nejstálejší. Reakce, při kterých se teplo spotřebovává, jsou reakce endotermické (endotermní) a ΔH > 0, reakce, při kterých se teplo uvolňuje, jsou reakce exotermické (exotermní) a ΔH < 0. Obrázek č.1: exotermická a endotermická reakce - schéma Exotermická reakce
Endotermická reakce
Entalpie má aditivní charakter, který umožnil formulovat I. a II. termochemický zákon. První termochemický zákon neboli Lavoisier-Laplaceův zákon říká, že celkové reakční teplo reakce přímé a zpětné je až na znaménko stejné. Druhý termochemický zákon neboli Hessův zákon říká, že celkové reakční teplo reakce nezávisí na jejím průběhu, ale jen na počátečním a konečném stavu. Díky tomuto zákonu je možno vypočítat reakční teplo některé z vícestupňových reakcí.
-2-
Otázky a úkoly: 1. Jaké
je
reakční
2 H2O (g) 2 H2 (g) + O2 (g)
teplo
vzniku
vody,
je-li
ΔH0298 = 483,6 kJ
Určete, zda se jedná o reakci exotermickou nebo endotermickou. odpověď: ………………………………………………………………………….……. 2. Oxid dusnatý vzniká z jednotlivých prvků. Jeho oxidací pak vzniká oxid dusičitý. Jednotlivé reakce probíhají podle následujících rovnic: N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g)
ΔH0298 = 180,5 kJ
2NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g)
ΔH0298 = - 114,1 kJ
Vypočítejte reakční teplo následující reakce a rozhodněte, zda se jedná o reakci exotermickou nebo endotermickou: N2 (g) + 2 O2 (g) 2 NO2 (g)
ΔH0298 = ? kJ
odpověď: ………………………………………………………………………….……. 3. Jak se nazývá, značí a jakou má jednotku reakční teplo reakce, při které vzniká 1 mol sloučeniny přímo z prvků, přičemž reagující prvky i produkty musí být ve standardním stavu? odpověď: ………………………………………………………………………….…… 4. Co je ΔH0spal.? odpověď: ………………………………………………………………………….……. 5. Jakou hodnotu mají ΔH0sluč. jednotlivých prvků? odpověď: ………………………………………………………………………….…… 6. Vypočítejte reakční teplo reakce, jestliže znáte slučovací tepla následujících látek: CH4 (g) = - 74,8 kJ/mol
CS2 (l) = 89,7 kJ/mol
H2S (g) = -20,6 kJ/mol
Určete, zda se jedná o reakci exotermickou nebo endotermickou. odpověď: ………………………………………………………………………….…….
-3-
7. Vypočítejte reakční teplo následující reakce, znáte-li standardní spalná tepla následujících látek: C6H6 (l) = - 3268 kJ/mol
H2 (g) = - 286 kJ/mol
C6H12 (l) = - 3920 kJ/mol
Určete, zda se jedná o reakci exotermickou nebo endotermickou. odpověď: ………………………………………………………………………….…….
-4-
Praktická část Úkol č. 1: „Chemický ohříváček“ Chemikálie: CaSO4 (bezvodý), NH4NO3, KNO3, KMnO4 Pomůcky: zkumavky (4), lžička, teploměr připojený k programu Datastudio, střička s vodou, lihový fix, stojan na zkumavky Postup měření: 1. Do stojanu na zkumavky umístíme 4 zkumavky, které si lihovým fixem označíme čísly 1 – 4. 2. Do zkumavky číslo 1 nasypeme do výšky asi 1 cm bezvodý síran měďnatý, do zkumavky číslo 2 dáme stejné množství dusičnanu amonného, do zkumavky číslo 3 nasypeme dusičnan draselný a do poslední zkumavky manganistan draselný. 3. Teploměr připojíme k PC a spustíme program Data studio, vložíme do zkumavky číslo 1 a do tabulky zapíšeme počáteční hodnotu teploty t1. 4. Poté do zkumavky přilijeme asi 1 ml vody, sledujeme teplotní graf a do tabulky zapíšeme konečnou teplotu t2. 5. Stejným způsobem pokračujeme i s ostatními zkumavkami. 6. Do tabulky poté vypočítáme rozdíl mezi počáteční a konečnou teplotou a určíme, zda se jedná o děj exo nebo endotermický.
Zpracování dat: Tabulka č.1: hodnoty úkolu č.1 t1 [°C] zkumavka č. 1 zkumavka č. 2 zkumavka č. 3 zkumavka č. 4
t2 [°C]
t1 – t2 [°C]
endo nebo exotermický děj
-5-
Obrázek č.2: zapojení teplotního čidla 1
Obrázek č.3: zapojení teplotního čidla 2
Obrázek č.4: zapojení teplotního čidla 3
Pozorování: ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..………..
-6-
Graf č.1: graf KMnO4 a vody
Graf č.2: graf KNO3 a vody
-7-
Úkol č. 2: Reakce kyseliny octové a uhličitanu amonného Chemikálie: (NH4)2CO3, CH3COOH (30%) Pomůcky: kádinka, teploměr připojený k programu Datastudio Postup měření: 1. Do kádinky dáme 5 g uhličitanu amonného. 2. Teploměr připojíme k PC a spustíme program Data studio, vložíme do kádinky a do tabulky zapíšeme počáteční hodnotu teploty t1. 3. K uhličitanu amonnému přilijeme 30 ml kyseliny octové a sledujeme změnu teploty. 4. Po ustálení hodnot zapíšeme konečnou teplotu t2 do tabulky. 5. Měření zopakujeme, zapíšeme rozdíl teplot t1 a t2 a určíme, zda se jedná o reakce exotermickou nebo endotermickou. Zpracování dat: Tabulka č.2: hodnoty úkolu č.2 t1 [°C] měření č. 1 měření č. 2
t2 [°C]
t1 – t2 [°C]
endo nebo exotermický děj
Obrázek č.4: Přilévání kyseliny octové k uhličitanu amonnému
-8-
Chemická rovnice (rovnici vyčíslete): ………………………………………………………………………….……..……….. Pozorování: ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..………..
Závěr: ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..……….. ………………………………………………………………………….……..………..
-9-
