Preskočiť na obsah
Chcete tieto pokusy naživo? Prinesiem ich do vašej školy ako show.Show a workshopy
Späť

Vzdelávanie · Učivo

Fyzikálna chémia

lekcia 3

Hessov zákon a zlučovacie teplá

Úroveň výkladu:
základná školastredná škola, s rozšíreniami pre náročnejších

úvod

V lekcii Energia pri reakciách sme Hessov zákon použili na jednom príklade. Teraz si z neho urobíme nástroj, ktorým sa dá vypočítať reakčné teplo takmer každej reakcie, bez kalorimetra.

teória

Dva termochemické zákony

Prvý termochemický zákon (Lavoisier a Laplace, 1780): reakčné teplo opačnej reakcie má rovnakú veľkosť a opačné znamienko.

  • 2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l), ΔH = −571,6 kJ
  • 2 H₂O(l) → 2 H₂(g) + O₂(g), ΔH = +571,6 kJ

Druhý termochemický zákon (Hess, 1840): reakčné teplo závisí len od začiatočného a konečného stavu, nie od cesty. Je to priamy dôsledok toho, že entalpia je stavová veličina.

Z oboch zákonov vyplýva, ako s rovnicami narábať:

  • otočená rovnica má ΔH s opačným znamienkom,
  • rovnica vynásobená číslom má ΔH vynásobené tým istým číslom,
  • sčítané rovnice majú sčítané ΔH.

teória

Skladanie rovníc

Rovnice, ktorých ΔH poznáme, otáčame a násobíme tak, aby po sčítaní ostala len hľadaná rovnica. Látky, ktoré v hľadanej rovnici nie sú, sa musia vykrátiť, teda objaviť sa raz vľavo a raz vpravo v rovnakom množstve.

vyskúšaj si

Hessov cyklus

Poskladaj zo známych rovníc cieľovú rovnicu C(s) + ½ O₂(g) → CO(g) a urč jej ΔH.

0 / 0
C(s) + O₂(g) → CO₂(g)ΔH = −393,5 kJ
CO(g) + ½ O₂(g) → CO₂(g)ΔH = −283 kJ

Záporný násobok znamená otočenú rovnicu.

Súčet: všetko sa vykrátilo

ΔH súčtu = 0 kJ

kJ

Čo hovorí Hessov zákon?

0 / 0

teória

Zlučovacie teplá

Skladať rovnice vždy odznova je zdĺhavé. Chemici preto zostavili tabuľky štandardných zlučovacích tepiel ΔH°f. Zlučovacie teplo je reakčné teplo vzniku 1 mol zlúčeniny z prvkov v ich štandardnom stave, pri 25 °C a štandardnom tlaku. Prvky v štandardnom stave, napríklad O₂(g), H₂(g), C(grafit) či Fe(s), majú zlučovacie teplo nulové.

LátkaΔH°f v kJ/mol
CO₂(g)−393,5
H₂O(l)−285,8
H₂O(g)−241,8
CH₄(g)−74,8
C₂H₅OH(l)−277,7
CaCO₃(s)−1 206,9
C₂H₄(g)+52,3
NO(g)+90,3

Záporné zlučovacie teplo znamená, že zlúčenina je energeticky chudobnejšia ako prvky, z ktorých vznikla. Látky s kladným zlučovacím teplom, napríklad etín či oxid dusnatý, majú v sebe energiu navyše.

Zapamätaj si: reakčné teplo nezávisí od cesty, len od toho, z čoho sme začali a čo vzniklo. Keď rovnicu otočíme, ΔH zmení znamienko, keď ju vynásobíme, vynásobíme aj ΔH. Zlučovacie teplo je teplo vzniku 1 mol zlúčeniny z prvkov. Prvky majú zlučovacie teplo nulové.

Výpočet zo zlučovacích tepiel

Každú reakciu si môžeme predstaviť ako dva kroky cez prvky: reaktanty rozložíme na prvky (opačné zlučovacie teplá) a z prvkov poskladáme produkty (zlučovacie teplá). Preto

ΔH° = Σ ν · ΔH°f(produkty) − Σ ν · ΔH°f(reaktanty)

kde ν sú koeficienty z rovnice.

Príklad. Horenie metánu CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(l):

ΔH° = [−393,5 + 2 · (−285,8)] − [−74,8 + 2 · 0] = −890,3 kJ

Výpočet zo spaľovacích tepiel

Pre organické látky sa ľahšie merajú spaľovacie teplá ΔH°c, teplo úplného spálenia 1 mol látky na CO₂ a H₂O. Pri výpočte ide cesta cez produkty spaľovania, preto je poradie opačné:

ΔH° = Σ ν · ΔH°c(reaktanty) − Σ ν · ΔH°c(produkty)

Ktoré palivo je najlepšie

Z rovnakých tabuliek sa dá porovnať energia palív na 1 g. Vodík uvoľní asi 142 kJ/g, metán 55 kJ/g, etanol 30 kJ/g a drevo asi 15 kJ/g. Vodík je na hmotnosť najlepší, ale ako plyn zaberá veľký objem, preto sa skladuje pod vysokým tlakom.

rozšírenie Termit: teplo z dvoch práškov

Zmes hliníka a oxidu železitého po zapálení zhorí s teplotou okolo 2 500 °C a vytečie z nej roztavené železo. Zo zlučovacích tepiel vychádza ΔH° = −1 675,7 − (−824,2) = −851,5 kJ na 1 mol Fe₂O₃. Takto sa dodnes zvárajú koľajnice priamo na trati.

teória

Časté chyby

  • „Pri otočení rovnice ostane ΔH rovnaké.“ Zmení znamienko.
  • „Kyslík má zlučovacie teplo −393,5 kJ/mol.“ To je CO₂. Prvky v štandardnom stave majú nulu.
  • „Zlučovacie teplá netreba násobiť koeficientmi.“ Treba, ΔH°f platí pre 1 mol.
  • „Produkty mínus reaktanty platí aj pre spaľovacie teplá.“ Pri spaľovacích teplách je to naopak.

Prečo má každá väzba svoju energiu a ako z nej odhadnúť reakčné teplo, ukáže lekcia Väzbové energie.

skladanie rovníc a zlučovacie teplá

Hessov zákon

príklad 1

0 / 0

rozumieš tomu?

Otestuj sa

4 otázok · úroveň ZŠ4 otázok · úroveň SŠ

Kvíz: Hessov zákon a zlučovacie teplá

Otázka 1/4

Ako sa zmení ΔH, keď rovnicu napíšeme opačným smerom?

Skóre: 0

Najprv vyber odpoveď.

Chcete tento pokus naživo?

Ukážem ho vašim žiakom na chemickej show: 15 pokusov za jednu hodinu, 5 € na žiaka.

Rezervovať termín

Nahlásiť chybu

Chyba v texte, zlá odpoveď alebo niečo, čo nefunguje? Stačí pár slov.

Čo sa stalo?
vedeckeokienko.sk/

Hlásenie uvidí len správca webu. Osobné údaje sem nepatria. Ochrana osobných údajov