Energiändringar

Question 1

Du har följande reaktion: CH4(g)+ 2O2(g)→2H2O(g) + CO2(g) ∆H = -882 kJ   
Hur mycket energi frisätts när: 
A. 1 mol metan förbränns?
B. 2 mol vatten bildas?
C. 1 mol syrgas reagerar
D.0,5 mol koldioxid bildas?
E. 4 mol metan förbränns?

Answer 1

A. 1 mol metan förbränns? 882 kJ
B. 2 mol vatten bildas? 882 kJ
C. 1 mol syrgas reagerar 441 kJ
D. 0,5 mol koldioxid bildas? 441 kJ
E. 4 mol metan förbränns? 3 528 kJ

Question 2

Vilken av följande reaktioner kommer att ske spontant? 
     ∆H (kJ)   ∆S (J/K)   T (K) 
A.   2               150      298
B.  -2               300     298
C.  -40           -300      130
D.  50             150       273

Answer 2

A. ∆G = 2000 J – 298 K · 150 J∙K-1 = -42 700 J Spontan
B. ∆G = -2000 J - 298 K · 300 J∙K-1 = -91 400 J Spontan
C. ∆G = -40 000 J – 130 K · -300 J∙K-1 = -1 000 J Spontan
D. ∆G = 50 000 J - 273 K · 150 J∙K-1 = 9 050 J Ej spontan

Question 3

Vid vilken temperatur (i °C) sker en reaktion med följande värden spontant?
ΔH = 40,00 kJ, ΔS = 300. J/K.

Answer 3

En reaktion var spontan när ∆G<0. Vi sätter ∆G = 0 och löser ut T.
0 = ∆H – T · ∆S
T= ∆H/∆S
T = 40 000 J / 300 J∙K-1 = 133,3333 K
133,333 K – 273,15 = -139,816 °C = >-140. °C
Vi behöver skriva >-140. °C eftersom vid -140. °C sker inte reaktionen spontant (∆G = 0)

Question 4

Förbränning av propan(C3H8) sker enligt följande formel: C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O (l)
∆H = -2220 kJ
Hur många gram propan måste (minst) förbrännas om du vill värma upp 3,00 kg vatten från 22,0 °C till 100,0°C?
Vattnets specifika värmekapacitet är 4,18 J/g · K. Vi förutsätter att all värme från lågan överförs till vattnet.

Answer 4

Hur mycket energi krävs för att värma vattnet? Vi använder formeln: q = c ·m · ∆T
c = 4, 18 J/g · K (eller J·g-1·K-1)
m = 3,00 kg
∆T = 373,15-295,15 = 78 K
q = c ·m · ∆T = 4,18 J·g-1·K-1 · 3000 g · 78 K = 978 120J
≈ 978 kJ

Eftersom värmekapaciteten står som 4,18 J/g · K måste vi räkna massan i gram.
Det krävs alltså 978 kJ för att värma vattnet. 1 mol propan ger 2 220 kJ så hur många mol propan går
det åt?
978 kJ / 2 220 kJ·mol-1 = 0,44059 mol
Vi vet nu hur många mol propan som krävs för att värma vattnet men vad motsvarar det i gram? Vi
använder formeln m = n · M
m(propan) = n · M = 0,44059 · (12,0 · 3 + 1,008 · 8) = 19,414 g = 19,4 g

Question 5

Vi blandar 50,0 ml 1,0 mol/l HCl (temperatur 25,0 °C) med 50,0 ml 1,0 mol/l NaOH i en öppen kalorimeter. Denna reaktion sker: NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O
Efter att dessa ämnen har blandats har temperaturen stigit till 31,9 °C.
Den specifika värmekapaciteten är 4,18 J/g · K samt att varje ml vatten väger 1,0 g (1,0 g/ml).
Skriv reaktionsformeln och ange ∆H (utryckt i kJ) för reaktionen.

Answer 5

Hur mycket energi frisätts? 
Vi använder formeln: q = c ·m · ∆T
c = 4,18 J/g · K
m = 50,0 + 50,0 = 100,0 g
∆T = 305,05-298,15 = 6,9 K
q = c ·m · ∆T = 4,18 J·g-1·K-1 · 100,0 g · 6,9 K = 2 884,2 J

Vid reaktionen frisätts 2 884 J. För att ta kunna räkna ut ∆H enligt reaktionsformeln behöver vi veta
hur mycket energi som avges när 1 mol HCl reagerar. Samma mängd (med samma koncentration) HCl
respektive NaOH kommer att neutralisera varandra, vi behöver alltså inte fundera på om det blir
något av kvar.
För att ta reda på hur många mol HCl det var som frisatte 2 884 J får vi använda oss av
koncentrationen syra och hur stor volym vi hade. Vi använder formeln: n = c · V

c = 1,0 mol/l
V = 50,0 ml = 50,0·10-3 l
n = c · V = 1,0 mol·l-1 · 50,0·10-3 l = 0,050 mol
Vid en reaktion med 0,050 mol HCl frisätts 2 884 J, men entalpiförändring (∆H) för denna reaktion
anges per mol HCl som reagerar. Hur mycket frisätter då 1 mol H+?
2 884 J / 0,050 mol = 57 684 J/mol
57 684 J/mol · 1 mol = 57 684 J = 58 kJ
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O ∆H = -58 kJ
Anledningen till att ∆H får ett negativt tecken är ju att värme avgavs vid reaktionen (temperaturen
ökade).