Sterpis Chemistry Academy
SC-THERMO-011 - Οξείδωση οργανικής ένωσης και ποσοστό μετατροπής
Πρωτότυπη άσκηση Θερμοχημείας Γ΄ Λυκείου - πιστή στη λογική του προτύπου 5.70
Διδακτικός στόχος
✔ Να εξάγεις ενθαλπία σχηματισμού ενδιάμεσης οργανικής ένωσης.
✔ Να υπολογίζεις ΔH οξείδωσης με νόμο Hess.
✔ Να διακρίνεις τη μέγιστη από την πραγματική θερμότητα.
✔ Να υπολογίζεις ποσοστό μετατροπής από θερμικό δεδομένο.
Εκφώνηση
Η μεθανάλη HCHO οξειδώνεται προς μεθανικό οξύ HCOOH, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:
HCHO(g) + 1/2 O2(g) → HCOOH(l) ΔH
Να υπολογίσετε:
- την ενθαλπία της παραπάνω αντίδρασης,
- το ποσοστό (%) της HCHO που οξειδώθηκε, όταν 15 g HCHO αντιδρούν σε κατάλληλες συνθήκες και ελευθερώνεται ποσό θερμότητας 114 kJ.
Δίνονται οι θερμοχημικές εξισώσεις:
CO(g) + H2(g) → HCHO(g) ΔH1 = -10 kJ
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l) ΔH2 = -286 kJ
C(s) + 1/2 O2(g) → CO(g) ΔH3 = -111 kJ
C(s) + H2(g) + O2(g) → HCOOH(l) ΔH4 = -425 kJ
Δίνονται: Ar(C)=12, Ar(H)=1, Ar(O)=16.
Προσπάθησε μόνος σου
Μην ξεκινήσεις με τύπους. Πρώτα εντόπισε ποια θερμοχημική εξίσωση αντιστοιχεί σε 1 mol της ουσίας που σε ενδιαφέρει και ποιο ποσοστό της παραγόμενης θερμότητας είναι πραγματικά αξιοποιήσιμο.
Καθοδηγούμενη βοήθεια
Εμφάνιση 1ης βοήθειας
Συνδύασε πρώτα τις εξισώσεις σχηματισμού CO και HCHO, ώστε να βρεις τη ΔHf της HCHO.
Εμφάνιση 2ης βοήθειας
Το O₂ έχει πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού μηδέν.
Εμφάνιση 3ης βοήθειας
Το ποσοστό οξείδωσης ισούται με Qπραγ/Qmax, επειδή η θερμότητα είναι ανάλογη των mol που αντέδρασαν.
Πλήρης λύση
α) Ενθαλπία οξείδωσης
Από τις εξισώσεις (3) και (1):
C + H₂ + 1/2O₂ → HCHO ΔHf(HCHO)=-111-10=-121 kJ/mol
Η εξίσωση (4) δίνει:
ΔHf(HCOOH)=-425 kJ/mol
Άρα για την αντίδραση HCHO + 1/2O₂ → HCOOH:
ΔH = ΔHf(HCOOH)-ΔHf(HCHO)
ΔH=-425-(-121)=-304 kJ
β) Ποσοστό οξείδωσης
Mr(HCHO)=12+2·1+16=30
n0(HCHO)=15/30=0,50 mol
Αν οξειδωνόταν όλη η ποσότητα:
Qmax=0,50·304=152 kJ
Ελευθερώθηκαν 114 kJ, επομένως:
ποσοστό οξείδωσης = 114/152·100%=75%
Τελικές απαντήσεις: ΔH=-304 kJ και ποσοστό οξείδωσης 75%.
Συχνά λάθη μαθητών
- Χρησιμοποιούν την εξίσωση σχηματισμού CO χωρίς να την προσθέσουν στην εξίσωση παραγωγής HCHO.
- Ξεχνούν την παρένθεση στο -425-(-121).
- Υπολογίζουν το ποσοστό ως 152/114.
- Θεωρούν ότι αντιδρούν και τα 0,50 mol, παρότι η θερμότητα είναι μικρότερη από τη μέγιστη.
Τι θα μπορούσε να ρωτήσει ακόμη ο εξεταστής;
- Να υπολογιστεί η μάζα HCHO που παρέμεινε μετά την αντίδραση.
- Να βρεθεί η θερμότητα που θα εκλυόταν για μετατροπή 90%.
Συνδέεται με
Νόμος Hess • Ενθαλπίες σχηματισμού • Οργανικές αντιδράσεις • Ποσοστό μετατροπής