www.projektsako.cz CHEMIE Pracovní list č. 4 - žákovská verze Téma: Tepelné zabarvení chemických reakcí Lektor: Projekt: Reg. číslo: Mgr. Kateřina Dlouhá 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 Q m - 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 teplo vzniku vody, je-li 2 H 2 O (g) 2 H 2 (g) + O 2 (g) ΔH 0 298 = 483,6 kj Určete, zda se jedná o reakci exotermickou nebo endotermickou. 2. Oxid dusnatý vzniká z jednotlivých prvků. Jeho oxidací pak vzniká oxid dusičitý. Jednotlivé reakce probíhají podle následujících rovnic: N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g) ΔH 0 298 = 180,5 kj 2NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) ΔH 0 298 = - 114,1 kj Vypočítejte reakční teplo následující reakce a rozhodněte, zda se jedná o reakci exotermickou nebo endotermickou: N 2 (g) + 2 O 2 (g) 2 NO 2 (g) ΔH 0 298 =? kj 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 ΔH 0 spal.? 5. Jakou hodnotu mají ΔH 0 sluč. jednotlivých prvků? odpověď:. 6. Vypočítejte reakční teplo reakce, jestliže znáte slučovací tepla následujících látek: CH 4 (g) = - 74,8 kj/mol CS 2 (l) = 89,7 kj/mol H 2 S (g) = -20,6 kj/mol Určete, zda se jedná o reakci exotermickou nebo endotermickou. - 3 -
7. Vypočítejte reakční teplo následující reakce, znáte-li standardní spalná tepla následujících látek: C 6 H 6 (l) = - 3268 kj/mol H 2 (g) = - 286 kj/mol C 6 H 12 (l) = - 3920 kj/mol Určete, zda se jedná o reakci exotermickou nebo endotermickou. - 4 -
Praktická část Úkol č. 1: Chemický ohříváček Chemikálie: CaSO 4 (bezvodý), NH 4 NO 3, KNO 3, KMnO 4 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 t 1. 4. Poté do zkumavky přilijeme asi 1 ml vody, sledujeme teplotní graf a do tabulky zapíšeme konečnou teplotu t 2. 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 t 1 [ C] t 2 [ C] t 1 t 2 [ C] endo nebo exotermický děj zkumavka č. 1 zkumavka č. 2 zkumavka č. 3 zkumavka č. 4-5 -
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 KMnO 4 a vody Graf č.2: graf KNO 3 a vody - 7 -
Úkol č. 2: Reakce kyseliny octové a uhličitanu amonného Chemikálie: (NH 4 ) 2 CO 3, CH 3 COOH (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 t 1. 3. K uhličitanu amonnému přilijeme 30 ml kyseliny octové a sledujeme změnu teploty. 4. Po ustálení hodnot zapíšeme konečnou teplotu t 2 do tabulky. 5. Měření zopakujeme, zapíšeme rozdíl teplot t 1 a t 2 a určíme, zda se jedná o reakce exotermickou nebo endotermickou. Zpracování dat: Tabulka č.2: hodnoty úkolu č.2 t 1 [ C] t 2 [ C] t 1 t 2 [ C] endo nebo exotermický děj měření č. 1 měření č. 2 Obrázek č.4: Přilévání kyseliny octové k uhličitanu amonnému - 8 -
Chemická rovnice (rovnici vyčíslete): Pozorování: Závěr: - 9 -