6.1 Energi og entalpi
Forstå energiomsetning i kjemiske reaksjoner og begrepet entalpi.
50 min
13 oppgaver
EntalpiEndoterme reaksjonerEksoterme reaksjonerEnergidiagrammerStandard dannelsesentalpi
Din fremgang i kapitlet
0 / 13 oppgaver
Energi i kjemiske reaksjoner
Termokjemi er studiet av energiomsetning i kjemiske reaksjoner. Alle kjemiske reaksjoner innebærer energiendringer.
Varme (q) og arbeid (w)
Varme (q) er energi som overføres på grunn av temperaturforskjeller.
- Når et system mottar varme: q > 0 (positivt)
- Når et system avgir varme: q < 0 (negativt)
Arbeid (w) er energi som overføres ved å påføre en kraft over en avstand.
- Når det gjøres arbeid på systemet: w > 0
- Når systemet gjør arbeid: w < 0
Termodynamikkens første lov
Energi kan ikke skapes eller ødelegges, bare omformes:
der:
- ΔU = endring i indre energi
- q = varme tilført systemet
- w = arbeid gjort på systemet
✏️Eksempel 1: Termodynamikkens første lov
Et system mottar 150 J varme og gjør 80 J arbeid på omgivelsene. Hva er endringen i indre energi?
Løsning:
Gitt:
- q = +150 J (systemet mottar varme)
- w = -80 J (systemet gjør arbeid på omgivelsene)
Termodynamikkens første lov:
Svar: Den indre energien øker med 70 J.
📝Oppgave 6-1
Termodynamikkens første lov:
a
Et system mottar 200 J varme og 50 J arbeid. Hva er ΔU?
b
Et system avgir 100 J varme og gjør 60 J arbeid. Hva er ΔU?
c
Hva er q hvis ΔU = 120 J og w = 30 J?
Entalpi (H)
Entalpi (H) er en tilstandsfunksjon som beskriver energiinnholdet i et system ved konstant trykk.
Entalpiendr ing (ΔH)
For kjemiske reaksjoner ved konstant trykk gjelder:
Entalpiendring viser:
- Hvor mye energi som avgis eller tas opp
- Ved konstant trykk: ΔH ≈ q (varme)
Eksoterme og endoterme reaksjoner
Eksoterm reaksjon (avgir varme):
- ΔH < 0 (negativ)
- Produktene har lavere energi enn reaktantene
- Eksempel: Forbrenning av bensin
Endoterm reaksjon (tar opp varme):
- ΔH > 0 (positiv)
- Produktene har høyere energi enn reaktantene
- Eksempel: Fotosyntese
✏️Eksempel 2: Eksoterm reaksjon
Forbrenning av metan: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l), ΔH = -890 kJ/mol
Hva betyr ΔH = -890 kJ/mol?
Løsning:
ΔH = -890 kJ/mol betyr:
1. Eksoterm reaksjon (ΔH < 0)
2. Når 1 mol CH₄ forbrenner, frigjøres 890 kJ energi
3. Produktene har 890 kJ lavere energi enn reaktantene
4. Omgivelsene blir varmere (energi avgis som varme)
Svar: 890 kJ energi frigjøres per mol CH₄ som forbrenner.
📝Oppgave 6-2
Eksoterme og endoterme reaksjoner:
a
Er en reaksjon med ΔH = -125 kJ/mol eksoterm eller endoterm?
b
Er en reaksjon med ΔH = +85 kJ/mol eksoterm eller endoterm?
c
Hvor mye energi frigjøres når 2 mol mettet reagerer hvis ΔH = -890 kJ/mol?
Energidiagrammer
Energidiagrammer viser energiendringer under en reaksjon.
Eksoterm reaksjon
``
Energi
↑
│ Reaktanter
│ ─────────
│ ╲
│ ╲ ΔH < 0
│ ╲
│ ─────────
│ Produkter
│
└──────────────────────→ Reaksjonsforløp
Endoterm reaksjon
Energi
↑
│ Produkter
│ ─────────
│ ╱
│ ╱ ΔH > 0
│ ╱
│ ─────────
│ Reaktanter
│
└──────────────────────→ Reaksjonsforløp
Viktige punkter:
- Høyden på pilen = |ΔH|
- Eksoterm: Produkter lavere enn reaktanter
- Endoterm: Produkter høyere enn reaktanter
✏️Eksempel 3: Tolke energidiagram
Et energidiagram viser at reaktantene har energi 100 kJ og produktene har energi 60 kJ. Bestem ΔH og reaksjonstype.
Løsning:
Entalpiendr ing:
Reaksjonstype:
- ΔH < 0 → Eksoterm reaksjon
- Produktene har lavere energi
- 40 kJ energi frigjøres
Svar: ΔH = -40 kJ/mol, eksoterm reaksjon.
📝Oppgave 6-3
Energidiagrammer:
a
Reaktanter: 150 kJ, Produkter: 100 kJ. Bestem ΔH.
b
Reaktanter: 80 kJ, Produkter: 120 kJ. Bestem ΔH.
c
ΔH = -65 kJ/mol, Reaktanter: 200 kJ. Hva er energien til produktene?
📝Oppgave 6-4
Energiomsetning i reaksjoner:
a
Hvor mye energi frigjøres når 0,5 mol reagerer med ΔH = -180 kJ/mol?
b
Hvor mye energi må tilføres for 3 mol med ΔH = +45 kJ/mol?
c
Hvor mange mol reagerer hvis 450 kJ frigjøres og ΔH = -150 kJ/mol?
📝Oppgave 6-5
Avanserte entalpiberegninger:
a
En reaksjon avgir 540 kJ når 1,5 mol reagerer. Hva er ΔH?
b
Det må tilføres 270 kJ for å omdanne 0,6 mol. Hva er ΔH?
c
Hvis ΔH = -220 kJ/mol, hvor mange mol må reagere for å frigjøre 1100 kJ?