9.5 – Energi i kemiske reaktioner

Næsten enhver kemiske reaktion, involverer tab eller vinding af energi. For at se på energiændringen for en kemisk reaktion, ser vi på energien af reaktanterne før reaktionen og energien for produkterne efter reaktionen.

Energienheder for kemiske reaktioner

SI enheden for energi er joule (J). Ofte bruges enheden kilojoule (kJ) for at vise energiændringen i en kemisk reaktion.

1 kilojoule (kJ) = 1.000 joule (J)

Reaktionsvarme (enthalpiændring)

Reaktionsvarme, er mængden af varme absorberet eller frigivet under en reaktion, som finder sted under et konstant tryk. En ændring i energi forekommer som reaktanter interagerer, bindinger brydes, og produkter dannes. Vi finder reaktionsvarmen eller enthalpiændringen, med symbolet ΔH, som forskelle i energi mellem produkterne og reaktanterne.

Exotermiske reaktioner

I en exotermisk reaktion (exo betyder ”uden for”), er energien i produkterne lavere, end den er i reaktanterne. Dette betyder, at varme frigives under dannelsen af produkterne. Lad os se på ligningen for den exotermiske reaktion i hvilken, 185 kJ varme frigives, når 1 mol hydrogen og 1 mol chlor, reagerer til dannelse af 2 mol hydrogenchlorid (saltsyre, HCl). For en exotermisk reaktion, kan varmen skrives som et af produkterne, men kan også skrives som en ΔH værdi med negativt fortegn (–).

Endotermiske reaktioner

I en endotermisk reaktion (endo betyder ”inden for”), er energien i produkterne større, end den er i reaktanterne. Der kræves varme, for at omdanne reaktanterne til produkterne. Lad os se på ligningen for den endotermiske reaktion i hvilken, 180 kJ varme behøves, for at omdanne 1 mol nitrogen og 1 mol oxygen, til 2 mol nitrogenoxid. For en endotermisk reaktion, kan varmen skrives som et af produkterne, men kan også skrives som en ΔH værdi med positivt fortegn (+).

Konceptforståelse 9.5

Exotermiske og endotermiske reaktioner I reaktionen mellem 1 mol carbon og oxygen gas, er energien for carbondioxiden der bliver dannet, 393 kJ mindre end energien for reaktanterne. a. Er reaktionen exotermisk eller endotermisk? b. Opstil den afbalancerede kemiske ligning, inklusiv reaktionsvarmen. c. Hvad er værdien (i kJ) for varmereaktionen? Svar a. Når energien for produkterne, er lavere end energien for reaktanterne, afgiver reaktionen varme, hvilket betyder, at reaktionen er exotermisk. b. I en exotermisk reaktion, skrives energien som et produkt: ${\mathrm{C}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to {\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+393 \mathrm{kJ}$ c. Reaktionsvarmen for en exotermisk reaktion, har et negativt fortegn:  ΔH = -393 kJ

Beregning af reaktionsvarme

Værdien af ΔH, henviser til ændringen i reaktionsvarmen i kilojoule for hvert stof i den afbalancerede ligning for reaktionen. Betragt følgende dekomponeringsreaktion:

$2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\to 2{\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} ∆\mathrm{H}=+527 \mathrm{kJ}$

$2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}+527 \mathrm{kJ}\to 2{\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}$

I denne reaktion, absorberes 572 kJ af to mol H₂O, og danner 2 mol H₂ og 1 mol O₂. Vi kan opstille varmekonverteringsfaktorerne for hvert stof i denne reaktion, på følgende måde:

Antag, at 9,00 g H₂O deltager i denne reaktion. Vi kan så beregne reaktionsvarmen som:

Opgaveeksempel 9.8

Beregning af reaktionsvarme Hvor meget varme, i kilojoule, frigives, når nitrogen og hydrogen reagerer, og danner 50,0 g ammoniak? ${\mathrm{N}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+3{\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to 2{\mathrm{NH}}_{3\left(\mathrm{g}\right)} ∆\mathrm{H} =\hspace{0.17em}–92,2 \mathrm{kJ}$ Løsning Trin 1: Angiv de oplyste mængder og de ønskede mængder. Trin 2: Opstil en plan, ved at bruge reaktionsvarmen og enhver molar masse der behøves. gram NH3 mol NH3 kilojoule Trin 3: Opstil konverteringsfaktorerne, inklusiv reaktionsvarmen. Trin 4: Opstil opgaven, og beregn reaktionsvarmen.

← Forsiden

10. Egenskaber for faste og flydende stoffer →