Termokémia – OKTV feladatok
Vissza a termokémia témakörre!
4/o-1 (2007/2/2/6)
Oláh György Nobel-díjas kémikus javaslata szerint a metanol nagyon jól használható energiahordozó lenne. Könnyebben szállítható és felhasználható, mint akár a hidrogén vagy a földgáz. Metánból, számtalan szerves anyagból, sőt akár szén-dioxidból is előállítható lenne.
A metanolt jelenleg leginkább szintézisgázból katalitikusan állítják elő:
CO(g) + 2 H2(g) = CH3OH(g) Q = –91 kJ/mol
A szintézisgázt metánból kiindulva nagy mennyiségben állítják elő a következő, magas hőmérsékleten lejátszódó reakciók segítségével:
CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3 H2(g) Q = + 206 kJ/mol
CH4(g) + CO2(g) = 2 CO(g) + 2 H2(g) Q = + 247 kJ/mol
A metán, illetve a hidrogén moláris égéshője (ha a víz nem csapódik le!) –803 kJ/mol, illetve –242 kJ/mol. A szén-dioxid képződéshője –394 kJ/mol.
a) Mennyi a metanol moláris égéshője (ha vízgőz keletkezik!)?
A metanol előállítására nagyon előnyös lenne a metán alacsonyabb hőmérsékleten lejátszódó részleges oxidációja, de egyelőre még nem találtak ipari méretekben is használható módszert és katalizátort.
CH4(g) + 0,5 O2(g) = CH3OH(g)
b) Mi ennek a reakciónak a reakcióhője?
c) 1 m3 járműhajtásra használt metanol, hidrogén vagy metán elégetésekor szabadul-e fel több hő?
A metanol sűrűsége 0,79 g/cm3. A járművekben a komprimált földgázt/metánt 20 MPa, a hidrogént 70 MPa nyomású tartályokban tárolják. A becsléshez a szobahőmérsékletű (25 °C), nagy nyomású gáz is ideálisnak tekinthető.
A megoldás során csak a feladatban feltüntetett hőtani adatokat használja!
4/o-2 (2009/2/2/3)
Tanulságos dolog a telítetlen és aromás szénhidrogének hidrogénezésének energiaviszonyait vizsgálni. Ezt megtehetjük közvetlenül, mérés útján is, de gyakran egyszerűbb valamilyen közvetett számítási módszert keresni. Ebben a feladatban a ciklohexén és a benzol hidrogénezési hőjét számítjuk ki. (A folyamatok végterméke mindkét esetben ugyanaz.)
a.) Határozza meg az említett reakcióhőket úgy, hogy csak az alábbi termokémiai adatokat használhatja fel! (Minden érték 25 oC-ra és standard nyomásra érvényes.)
– a benzol égéshője –3274 kJ/mol;
– a ciklohexén égéshője –3758 kJ/mol;
– a ciklohexán égéshője –3924 kJ/mol;
– a folyékony víz képződéshője –286 kJ/mol.
b.) Hasonlítsa össze a benzol hidrogénezési hőjét a ciklohexén hidrogénezési hőjének háromszorosával! Milyen következtetést vonhatunk le az eredményből?
4/o-3 (2010/2/2/5)
Miért MgCl2 keletkezik a magnézium és a klór reakciójában, miért nem MgCl vagy MgCl3?
A szokásos válasz az, hogy a magnéziumatom két elektron leadásával éri el a nemesgázszerkezetet. Ebben a feladatban energetikai oldalról vizsgáljuk meg a lehetséges folyamatokat, és így próbálunk meg pontosabb választ adni a kérdésre.
A kémiai reakciók egyik hajtóereje az energia felszabadulása. A vizsgált esetben elmondhatjuk, hogy az exoterm reakciók – a megfelelő aktiválási energia biztosítása esetén – önként teljesen végbemennek, a számottevő energiabefektetést igénylő endoterm folyamatok viszont egyáltalán nem játszódnak le.
A megadott adatok segítségével határozza meg a következő reakciók reakcióhőjét!
A kapott eredményeket elemezve, a fentiek figyelembevételével adjon választ a feltett kérdésre!
Mg(sz) + 1/2 Cl2(g) → MgCl(sz)
Mg(sz) + Cl2(g) → MgCl2(sz)
Mg(sz) + 3/2 Cl2(g) → MgCl3(sz)
2 MgCl(sz) → MgCl2(sz) + Mg(sz)
| jelölés | ΔH (kJ/mol) | |
| a magnézium szublimációs hője | ΔgszH | +146 |
| a magnézium első ionizációs energiája | Ei,1 | +736 |
| a magnézium második ionizációs energiája | Ei,2 | +1448 |
| a magnézium harmadik ionizációs energiája | Ei,3 | +7740 |
| a Cl–Cl kötési energia | Edissz | +242 |
| a klór elektronaffinitása | Eea | –364 |
| a magnézium(I)-klorid rácsenergiája | ErI | +753 |
| a magnézium(II)-klorid rácsenergiája | ErII | +2500 |
| a magnézium(III)-klorid rácsenergiája | ErIII | +5500 |
4/o-4 (2011/2/2/4)
Az alábbi táblázatban a szén különböző módosulatainak számított atomizációs hőjét és képződéshőjét tüntettük fel. (Az atomizációs hő szemléletes jelentése: az adott anyag vagy részecske 1 móljának szabad, gázhalmazállapotú atomjaira bontásához szükséges energia.)
| ΔatH / kJ·mol–1 | ΔkH / kJ·mol–1 | |
| C(grafit) | 716,7 | ΔkH(gr) |
| C(gyémánt) | 714,8 | ΔkH(gy) |
| C(g) | 0 | ΔkH(C) |
| C2(g) | ΔatH(C2) | 831,9 |
a) A megadott adatok segítségével számítsa ki a táblázatban jelölt mennyiségeket!
b) Számítsa ki, hogy mekkora a szén-szén kötések kötési energiája a gyémántban és a gázhalmazállapotú C2 molekulában!
A grafitban a szén-szén kötések kötési energiája 473,3 kJ/mol.
c) Vesse össze ezt az értéket a grafit atomizációs hőjével! Milyen újabb adatra következtethetünk az összevetésből?
4/o-5 (2013/2/2/4)
a) A táblázatban szereplő (25 oC-ra vonatkozó) termokémiai adatok segítségével határozzameg a HF(aq) → H+(aq) + F–(aq) folyamat reakcióhőjét!
| A folyamat megnevezése | Reakcióegyenlet | Jelölés | Folyamathő (kJ/mol) |
| a HF(g) hidratációs hője | HF(g) → HF(aq) | ΔH1 | –48 |
| a HF(g) kötésfelszakítási energiája | HF(g) → H(g) + F(g) | ΔH2 | 570 |
| a fluoratom elektronaffinitása | F(g) + e– → F–(g) | ΔH3 | –328 |
| a hidrogénatom ionizációs energiája | H(g) → H+(g) + e– | ΔH4 | 1312 |
| a hidrogénion hidratációs hője | H+(g) → H+(aq) | ΔH5 | –1110 |
| a fluoridion hidratációs hője | F–(g) → F–(aq) | ΔH6 | –504 |
