Hoofdstuk 9 · Les 5 van 7
Reactie-energie berekenen
Je kunt van elke reactie de reactie-energie berekenen, zolang de vormingswarmten van alle stoffen bekend zijn. Je telt de vormingswarmten van de producten op en trekt die van de beginstoffen ervan af.
25 min
Na deze les kun je
de reactie-energie berekenen met vormingswarmten (Binas 57A/B)
de reactie-energie omrekenen naar de energie per mol van één stof
berekenen hoeveel energie vrijkomt bij een gegeven massa brandstof
Dit weet je al Vormingswarmte en Δ E = E producten − E beginstoffen \Delta E = E_\text{producten} - E_\text{beginstoffen} Δ E = E producten − E beginstoffen n = m / M n = m/M n = m / M
Stappenplan reactie-energie:
Geef de kloppende reactievergelijking, mét fasen.
Zoek de vormingswarmten op in Binas 57A of 57B. Elementen zijn 0.
Vermenigvuldig elke vormingswarmte met de coëfficiënt.
Tel de producten op en tel de beginstoffen op.
Bereken ΔE = producten − beginstoffen.
✎ Voorbeeld 1: verbranding van ethanolBereken de reactie-energie van de volledige verbranding van ethanol (water ontstaat als vloeistof).
De reactievergelijking:
C 2 H 6 O ( l ) + 3 O 2 ( g ) → 2 CO 2 ( g ) + 3 H 2 O ( l ) \begin{aligned} &\text{C}_2\text{H}_6\text{O}\ (\text{l}) + 3\ \text{O}_2\ (\text{g}) \\ &\rightarrow 2\ \text{CO}_2\ (\text{g}) + 3\ \text{H}_2\text{O}\ (\text{l}) \end{aligned} C 2 H 6 O ( l ) + 3 O 2 ( g ) → 2 CO 2 ( g ) + 3 H 2 O ( l )
Vormingswarmten (10⁵ J mol⁻¹): ethanol (l) −2,78 (Binas 57B), O₂ 0, CO₂ (g) −3,935, H₂O (l) −2,86 (Binas 57A).
De producten:
E prod = 2 × − 3,935 + 3 × − 2,86 = − 7,87 − 8,58 = − 16,45 ⋅ 10 5 \begin{aligned} E_\text{prod} &= 2 \times -3{,}935 \\ &\quad + 3 \times -2{,}86 \\ &= -7{,}87 - 8{,}58 \\ &= -16{,}45 \cdot 10^5 \end{aligned} E prod = 2 × − 3 , 935 + 3 × − 2 , 86 = − 7 , 87 − 8 , 58 = − 16 , 45 ⋅ 1 0 5
De beginstoffen:
E begin = − 2,78 + 3 × 0 = − 2,78 ⋅ 10 5 \begin{aligned} E_\text{begin} &= -2{,}78 + 3 \times 0 \\ &= -2{,}78 \cdot 10^5 \end{aligned} E begin = − 2 , 78 + 3 × 0 = − 2 , 78 ⋅ 1 0 5
De reactie-energie:
Δ E = − 16,45 − ( − 2,78 ) = − 13,67 ⋅ 10 5 \begin{aligned} \Delta E &= -16{,}45 - (-2{,}78) \\ &= -13{,}67 \cdot 10^5 \end{aligned} Δ E = − 16 , 45 − ( − 2 , 78 ) = − 13 , 67 ⋅ 1 0 5
Antwoord: ΔE = −13,67·10⁵ J per mol ethanol . De reactie is exotherm.
✎ Voorbeeld 2: per mol van één stofBereken de reactie-energie per mol waterstof bij:
2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) → 2 H 2 O ( l ) 2\ \text{H}_2\ (\text{g}) + \text{O}_2\ (\text{g}) \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}\ (\text{l}) 2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) → 2 H 2 O ( l )
De producten:
E prod = 2 × − 2,86 = − 5,72 ⋅ 10 5 \begin{aligned} E_\text{prod} &= 2 \times -2{,}86 \\ &= -5{,}72 \cdot 10^5 \end{aligned} E prod = 2 × − 2 , 86 = − 5 , 72 ⋅ 1 0 5
De beginstoffen zijn elementen: E begin = 0 E_\text{begin} = 0 E begin = 0
De reactie-energie voor de hele vergelijking:
Δ E = − 5,72 − 0 = − 5,72 ⋅ 10 5 J \begin{aligned} \Delta E &= -5{,}72 - 0 \\ &= -5{,}72 \cdot 10^5\ \text{J} \end{aligned} Δ E = − 5 , 72 − 0 = − 5 , 72 ⋅ 1 0 5 J Dat is voor 2 mol H₂.
Manier 1: verhoudingstabel Manier 2: algebra
Van 2 mol naar 1 mol H₂:
mol H 2 2 1 10 5 J − 5,72 ? \begin{array}{l|c|c} \text{mol H}_2 & 2 & 1 \\ \hline 10^5\ \text{J} & -5{,}72 & ? \end{array} mol H 2 1 0 5 J 2 − 5 , 72 1 ? ? = − 5,72 × 1 2 = − 2,86 \begin{aligned} ? &= \frac{-5{,}72 \times 1}{2} \\ &= -2{,}86 \end{aligned} ? = 2 − 5 , 72 × 1 = − 2 , 86
Deel door het aantal mol H₂:
Δ E = − 5,72 ⋅ 10 5 2 = − 2,86 ⋅ 10 5 \begin{aligned} \Delta E &= \frac{-5{,}72 \cdot 10^5}{2} \\ &= -2{,}86 \cdot 10^5 \end{aligned} Δ E = 2 − 5 , 72 ⋅ 1 0 5 = − 2 , 86 ⋅ 1 0 5
Antwoord: ΔE = −2,86·10⁵ J per mol H₂ .
! Coëfficiënten vergetenEen vormingswarmte geldt voor 1 mol . Staat er 2 CO₂ in de vergelijking, dan tel je de vormingswarmte van CO₂ twee keer .
! Min minBij ΔE = producten − beginstoffen trek je een negatief getal af. Zet de beginstoffen tussen haakjes: −16,45 − (−2,78) = −16,45 + 2,78.
Even controleren Snap je het? Bereken de reactie-energie van de verbranding van methaan, waarbij water als gas ontstaat: CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 H₂O (g).
Toon antwoord
Vormingswarmten (10⁵ J mol⁻¹): CH₄ −0,75 (Binas 57B), O₂ 0, CO₂ −3,935, H₂O (g) −2,42 (Binas 57A).
De producten:
E prod = − 3,935 + 2 × − 2,42 = − 3,935 − 4,84 = − 8,775 ⋅ 10 5 \begin{aligned} E_\text{prod} &= -3{,}935 \\ &\quad + 2 \times -2{,}42 \\ &= -3{,}935 - 4{,}84 \\ &= -8{,}775 \cdot 10^5 \end{aligned} E prod = − 3 , 935 + 2 × − 2 , 42 = − 3 , 935 − 4 , 84 = − 8 , 775 ⋅ 1 0 5
De beginstoffen:
E begin = − 0,75 + 2 × 0 = − 0,75 ⋅ 10 5 \begin{aligned} E_\text{begin} &= -0{,}75 + 2 \times 0 \\ &= -0{,}75 \cdot 10^5 \end{aligned} E begin = − 0 , 75 + 2 × 0 = − 0 , 75 ⋅ 1 0 5
De reactie-energie:
Δ E = − 8,775 − ( − 0,75 ) = − 8,03 ⋅ 10 5 \begin{aligned} \Delta E &= -8{,}775 - (-0{,}75) \\ &= -8{,}03 \cdot 10^5 \end{aligned} Δ E = − 8 , 775 − ( − 0 , 75 ) = − 8 , 03 ⋅ 1 0 5
ΔE = −8,03·10⁵ J per mol methaan Hoeveel energie komt vrij bij de verbranding van 1,0 kg methaan (ΔE = −8,03·10⁵ J mol⁻¹, M = 16,04 g mol⁻¹)?
Toon antwoord
Reken om naar gram: 1,0 kg = 1,0·10³ g.
Manier 1: verhoudingstabel Manier 2: algebra
Van gram naar mol CH₄:
gram CH 4 16,04 1,0 ⋅ 10 3 mol CH 4 1 ? \begin{array}{l|c|c} \text{gram CH}_4 & 16{,}04 & 1{,}0 \cdot 10^3 \\ \hline \text{mol CH}_4 & 1 & ? \end{array} gram CH 4 mol CH 4 16 , 04 1 1 , 0 ⋅ 1 0 3 ? ? = 1 × 1,0 ⋅ 10 3 16,04 = 62,34 mol \begin{aligned} ? &= \frac{1 \times 1{,}0 \cdot 10^3}{16{,}04} \\ &= 62{,}34\ \text{mol} \end{aligned} ? = 16 , 04 1 × 1 , 0 ⋅ 1 0 3 = 62 , 34 mol
Van mol naar energie:
mol CH 4 1 62,34 J 8,03 ⋅ 10 5 ? \begin{array}{l|c|c} \text{mol CH}_4 & 1 & 62{,}34 \\ \hline \text{J} & 8{,}03 \cdot 10^5 & ? \end{array} mol CH 4 J 1 8 , 03 ⋅ 1 0 5 62 , 34 ? ? = 8,03 ⋅ 10 5 × 62,34 1 = 5,0 ⋅ 10 7 J \begin{aligned} ? &= \frac{8{,}03 \cdot 10^5 \times 62{,}34}{1} \\ &= 5{,}0 \cdot 10^7\ \text{J} \end{aligned} ? = 1 8 , 03 ⋅ 1 0 5 × 62 , 34 = 5 , 0 ⋅ 1 0 7 J
De chemische hoeveelheid:
n = m M = 1,0 ⋅ 10 3 16,04 = 62,34 mol \begin{aligned} n &= \frac{m}{M} \\ &= \frac{1{,}0 \cdot 10^3}{16{,}04} \\ &= 62{,}34\ \text{mol} \end{aligned} n = M m = 16 , 04 1 , 0 ⋅ 1 0 3 = 62 , 34 mol
De energie:
E = n × 8,03 ⋅ 10 5 = 62,34 × 8,03 ⋅ 10 5 = 5,0 ⋅ 10 7 J \begin{aligned} E &= n \times 8{,}03 \cdot 10^5 \\ &= 62{,}34 \times 8{,}03 \cdot 10^5 \\ &= 5{,}0 \cdot 10^7\ \text{J} \end{aligned} E = n × 8 , 03 ⋅ 1 0 5 = 62 , 34 × 8 , 03 ⋅ 1 0 5 = 5 , 0 ⋅ 1 0 7 J
Er komt 5,0·10⁷ J vrij (twee significante cijfers, door 1,0 kg).
Bereken de reactie-energie van het ontleden van kalksteen: CaCO₃ (s) → CaO (s) + CO₂ (g). Is de reactie exotherm of endotherm?
Toon antwoord
Vormingswarmten (10⁵ J mol⁻¹, Binas 57A): CaCO₃ −12,08, CaO −6,35, CO₂ −3,935.
De producten:
E prod = − 6,35 − 3,935 = − 10,285 ⋅ 10 5 \begin{aligned} E_\text{prod} &= -6{,}35 - 3{,}935 \\ &= -10{,}285 \cdot 10^5 \end{aligned} E prod = − 6 , 35 − 3 , 935 = − 10 , 285 ⋅ 1 0 5
De reactie-energie:
Δ E = − 10,285 − ( − 12,08 ) = + 1,80 ⋅ 10 5 \begin{aligned} \Delta E &= -10{,}285 - (-12{,}08) \\ &= +1{,}80 \cdot 10^5 \end{aligned} Δ E = − 10 , 285 − ( − 12 , 08 ) = + 1 , 80 ⋅ 1 0 5
ΔE = +1,80·10⁵ J mol⁻¹ : positief, dus endotherm . ↗ Hoe hangt dit samen?Brandstoffen leveren energie door verbranding. In de volgende paragraaf zie je waar die brandstoffen vandaan komen.
Klaar met deze les? Zet hem op gelezen; je voortgang staat rechtsboven.
Markeer als gelezen Vorige 9.2a Vormingswarmte Verder 9.3a Fossiele brandstoffen →
