Les 2 - H9.2 _ Reactiewarmte

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

H9.2 - Reactiewarmte

Planning

• Ophalen voorkennis - Energie en reactie

• Uitleg 5.2 Reactiewarmte

• Maken opgaven

Aan het einde van deze les:

• kan ik het energie-effect van een reactie weergeven in een energiediagram en uit een energiediagram het energie-effect aflezen.
  
• kan ik de reactiewarmte van een chemische reactie berekenen met behulp van de vormingswarmte.

Ophalen voorkennis

Bij een endotherme reactie...

1. komt er energie vrij
2. is even energie nodig om de reactie te starten
3. is continu energie nodig
4. komt continu energie vrij

Exotherm of endotherm?

Het verdampen van water

1. Exotherm
2. Endotherm

Exotherm of endotherm?

Smelten van chocolade

1. Exotherm
2. Endotherm

Exotherm of endotherm?

Stollen van chocolade

1. Exotherm
2. Endotherm

Exotherm of endotherm?

Het branden van een kaars

1. Exotherm
2. Endotherm

Exotherm of endotherm?

Bakken van een ei

1. Exotherm
2. Endotherm

Exotherm of endotherm?

Verdampen van gas.

1. Exotherm
2. Endotherm

Dit is een endotherm
of exotherm proces

1. Endotherm
2. Exotherm
3. Geen van beide
4. Allebei

Is het een
exotherme of endotherm
reactie?

1. endotherm want product staat lager
2. Exotherm want product staat lager
3. exotherm, het is een verbranding
4. endotherm, het is ontleding

Exotherme en endotherme reacties

• Tijdens elke chemische reactie worden bindingen verbroken én gevormd.
• Exotherme reacties: energie wordt afgestaan aan de omgeving.

• Bij een exotherme reactie levert het vormen van bindingen méér energie op dan het verbreken kost..
• Verbrandingsreacties zijn bijna altijd exotherm.
• Endotherme reacties: energie wordt opgenomen tijdens de reactie.
• Voorbeeld: Fotosynthese → zonlicht levert energie om glucose en zuurstof te vormen.

Energiediagram

• Het energie-effect van een reactie wordt weergegeven in een energiediagram.

• Het verloop van de reactie wordt van links naar rechts weergegeven:
• - Beginstoffen staan links.
• - Reactieproducten staan rechts.

• Energiediagrammen zijn schematisch, er is geen schaalverdeling nodig.

Energiediagram & 

reactiewarmte

• ΔE: de reactiewarmte

• Het verschil in energieniveau is de reactiewarmte (ΔE):
• Eenheid: joule per mol (J mol⁻¹).
• Δ𝐸=𝐸_chem(reactieproducten)−𝐸_chem(beginstoffen)

Exotherme reactie

endotherme reactie

Aan het einde van deze les:

• kan ik het energie-effect van een reactie weergeven in een energiediagram en uit een energiediagram het energie-effect aflezen.
  
• kan ik de reactiewarmte van een chemische reactie berekenen met behulp van de vormingswarmte.

Vormingswarmte (Ev)

• Vormingswarmte (Ev) is de energie die vrijkomt of nodig is bij het vormen van 1 mol van een verbinding uit de elementen.

• Eenheid: Joule per mol (J mol⁻¹).
• Vormingswarmte van elementen (niet-ontleedbare stoffen) is per definitie 0 J mol⁻¹.

Vormingswarmte (Ev)

• Bijvoorbeeld: vorming van NaCl

• Reactievergelijking: 2 Na(s) +  Cl₂(g) → 2 NaCl(s).
• Ev = −4,11∙10⁵ J mol⁻¹ (negatief, dus exotherm).
• Exotherme reactie: energie komt vrij, beginstoffen hebben een hoger energieniveau dan de producten.

Vormingswarmte (Ev)

• Omgekeerde reactie: Ontleding van NaCl

• Reactie: 2 NaCl(s) → 2 Na(s) + Cl₂(g).
• Endotherme reactie: energie moet worden toegevoegd.
• Wet van behoud van energie: benodigde energie = vrijgekomen energie bij vorming. Ev = +4,11∙10⁵ J mol⁻¹

vorming van NaCl      ontleding van NaCl

Vormingswarmte (Ev) in binas

Binas tabel 57

• Binas tabel 57A: vormingswarmten van anorganische stoffen.
• Binas tabel 57B: vormingswarmten van organische stoffen.

• Vormingswarmte van elementen is per definitie 0 J mol⁻¹.
  
• uitzondering!! Sommige elementen hebben verschillende vormen (bijv. koolstof: grafiet en diamant). (voetnoot 57A)
  
• C (s) grafiet → C (s) diamant: vereist 0,019∙10⁵ J mol⁻¹ energie.

Vormingswarmte van CO2

Negatief = er komt energie vrij = exotherm

Vormingswarmte (Ev) 

Let op: Verschil tussen vloeibaar en gasvormig water (57A)

• H₂O(l): Ev = −2,86∙10⁵ J mol⁻¹.
• H₂O(g): Ev = −2,42∙10⁵ J mol⁻¹.
• Minder energie komt vrij bij de vorming van H₂O(g) dan H₂O(l) → extra energie nodig voor verdamping.

• Bij berekeningen: let op of water als vloeistof of gas vrijkomt.

Reactiewarmte ΔE berekenen

•  ΔE = Ev(reactieproducten) − Ev(beginstoffen).

• Vormingswarmte moet worden vermenigvuldigd met de coëfficiënt uit de reactievergelijking.
• Neem ook de + en - over!!

Stappenplan

• Stap 1: Stel de reactievergelijking op.
  
• Stap 2: Zoek van de beginstoffen en de reactieproducten de vormingswarmten op in Binas tabel 57. 
• Stap 3: Vermenigvuldig de vormingswarmten met de (aangepaste) coëfficiënten in de reactievergelijking (let op wat er gevraagd wordt!!)
• Stap 4: Vul de formule voor het berekenen van de reactiewarmte in, houd hierbij rekening met min en plus (en gebruik haakjes!!).
  

Let op!

• Vergeet niet het juiste teken over te nemen (+ of -).
• Let op de fase van de stoffen, bijv. waterdamp of vloeibaar water.
• Vergeet niet de factor 105 in de berekening / bij je antwoord.
• Kijk naar de coëfficiënten in de reactievergelijking of je de reactiewarmte voor 1 mol hebt berekend of meer.
• Gebruik haakjes bij het uitrekenen met je rekenmachine.

Voorbeeldopdracht 1 

Bereken de reactiewarmte voor de ontleding van 1 mol kaliumchloraat (KClO3).Hierbij ontstaat vast kaliumchloride en zuurstofgas.

Voorbeeldopdracht 1 - Antwoord

• Reactievergelijking: 2 KClO₃(s) → 2 KCl(s) + 3 O₂(g)
  
• Ev(KClO₃) = -3,98∙10⁵ J mol⁻¹        (Binas tabel 57A)
• Ev(KCl) = -4,37∙10⁵ J mol⁻¹              (Binas tabel 57A)
• Ev(O₂) = 0 J mol⁻¹                                 (O₂ is een element)
• ΔE = (2 × -4,37∙10⁵+ 3×0)  − (2 × -3,98∙10⁵) =  -0,78∙10⁵ J per 2 mol KClO₃
• Per mol KClO3 is de reactiewarmte dus: -0,78∙10⁵ : 2= -0,39∙10⁵ J mol⁻¹
• Het teken voor de reactiewarmte is negatief. Dus een exotherme reactie.
  

Of

Voorbeeldopdracht 2

Bereken de totale reactiewarmte voor de ontleding van zwaveltrioxide, in J mol⁻¹. Hierbij komt zwavel, S8 (s), en zuurstofgas vrij. 

Geef ook aan of de reactie endotherm of exotherm is.

Voorbeeldopdracht 2 - Antwoord

• Reactievergelijking: 8 SO₃(g) → S₈(s) + 12 O₂(g)
  
• Ev(S₈) = 0 J mol⁻¹                           (S₈ is een element)
• Ev(O₂) = 0 J mol⁻¹                            (O₂ is een element)
• Ev(SO₃) = −3,96∙10⁵ J mol⁻¹        (Binas tabel 57A)

• ΔE = (1×0 + 12×0) − (8 × −3,96∙10⁵) = +31,84∙105 J mol⁻¹
• Het teken voor de reactiewarmte is positief. Het is dus een endotherme reactie.

Voorbeeldopdracht 3

Bereken de reactiewarmte voor de verbranding van 1 mol diwaterstofsulfide, H₂S (g), in J mol⁻¹. 

Er komt waterdamp, H₂O (g), en zwaveldioxide, SO₂ (g), vrij. 

Geef ook aan of de reactie endotherm of exotherm is.

Voorbeeldopdracht 3 - Antwoord

• Reactievergelijking: 2 H₂S (g) + 3 O₂ (g) → 2 SO₂ (g) + 2 H₂O(g)
  
• Ev(H₂S) = -0,206∙10⁵ J mol⁻¹         (Binas tabel 57A)
• Ev(O₂) = 0 J mol⁻¹                               (O₂ is een element)
• Ev(SO₂) = -2,97∙10⁵ J mol⁻¹           (Binas tabel 57A)

• Ev(H₂O) = -2,42∙10⁵ J mol−1           (Binas tabel 57A)
  
• ΔE = (2×-2,97∙10⁵ + 2×-2,42∙10⁵) − (2 × -0,206∙10⁵ + 3x0) = -10,368⋅10⁵ J mol⁻¹
• Per mol H₂S = -10,368⋅10⁵ / 2 = 5,184⋅10⁵ J mol⁻¹
• Het teken voor de reactiewarmte is negatief. Het is dus een exotherme reactie.

Voorbeeldopdracht 4

Bereken de reactiewarmte voor de verbranding van 1 mol ethaan (C₂H₆) in J mol⁻¹.

Geef ook aan of de reactie endotherm of exotherm is.

Voorbeeldopdracht 4 - Antwoord

• Reactievergelijking: 2 C₂H₆(g) + 7 O₂(g) → 4 CO₂(g) + 6 H₂O(l)
• Ev(CO₂) = -3,935∙105 J mol⁻¹                (Binas tabel 57A)
• Ev(H₂O) = -2,86∙105 J mol⁻¹                   (Binas tabel 57A)
• Ev(C₂H₆) = -0,84∙105 J mol⁻¹                (Binas tabel 57B)
• Ev(O₂) = 0 J mol⁻¹                                        (O₂ is een element)

Voorbeeldopdracht 4 - Antwoord

• Reactievergelijking: 2 C₂H₆(g) + 7 O₂(g) → 4 CO₂(g) + 6 H₂O(l)
• ΔE = (4 · Ev(CO₂) + 6 · Ev(H₂O(l))) − (2 · Ev(C₂H₆) + 7 · Ev(O₂))
  
• ΔE = (4 × -3,935∙10⁵ + 6 × -2,86∙10⁵) − (2 × -0,84∙10⁵ + 7 × 0)
• ΔE = −31,22∙10⁵ J (per 2 mol ethaan)
• dus: ΔE = −31,22∙10⁵ : 2= −15,61∙10⁵ J mol⁻¹ ethaan
• Het teken voor de reactiewarmte is negatief. Het is dus een exotherme reactie.

Aan de slag 

• Doorlezen §9.2
• Maken:
  

      * §9.1 => opdr. 3, 6, 8, 9

      * §9.2 => opdr. 12, 14, 16

    

• Eerste 5 minuten in stilte
• Daarna fluisterend overleggen met buur of werken met muziek

• Vraag? Steek je hand op
• Af? => Geen huiswerk

Bereken de vormingswarmte van 1 mol FeCl2 wanneer de

reactiewarmte -0,504 .105 J bedraagt.

Filmpje 1

Energie-effect en Energiediagrammen

Endotherm en Exotherm

Filmpje 2

Vormingswarmte: BiNaS T.57

Filmpje 3

Reactie-energie berekenen 

(met BiNaS T.57)