HCl(aq) + NaOH(aq) –> NaCl(aq) + H2O(l) + Energie
Termochemie určete vyměněné teplo při konstantním tlaku,
q = m c ∆T.
Výpočtem limitujícího reaktantu lze určit změnu entalpie reakce, ∆Hrxn, protože reakce probíhala za podmínek konstantního tlaku
∆Hrxn = qrxn / # molů limitujícího reaktantu
Tato reakce je klasifikována jako exotermická reakce.
Tato demonstrace se obvykle provádí při probírání témat z termochemie nebo termodynamiky. Reakce HCl(aq), silné kyseliny, s NaOH(aq), silnou zásadou, je exotermická reakce. Hlavní myšlenkou většiny tematických demonstrací kalorimetrie je zachování energie. Energii nelze vytvořit ani zničit, ale lze ji vyměňovat.
qlost+ qgain = 0 nebo qreleased + qgain = 0
Tato ukázka také ilustruje, jak může tvorba vody (jedna z hnacích sil) působit na samovolnost reakce. Jedná se o neutralizační reakci, při níž hydroxidový ion působí jako báze a hydroniový ion jako kyselina.
Způsob, jakým je tato ukázka interaktivní – aktivní učení
Učitel by měl ukázku „zarámovat“ a vést diskusi. Poté, co studenti pozorují počáteční podmínky roztoků a sledují výsledky demonstrace, je důležité, aby studenti mohli diskutovat o tom, co při tomto chemickém procesu získává teplo a co teplo ztrácí, a to dříve, než instruktor studentům sdělí odpovědi. Studenti by měli být požádáni, aby určili, co získává teplo a co teplo ztrácí – použijte sérii otázek na kliknutí. Zeptejte se: „Co získává teplo?“ „Kolik energie ve formě tepla se roztokem uvolní nebo získá?“. „Kolik energie ve formě tepla se uvolní nebo získá reakcí?“. „Jaké jsou primární druhy přítomné v každém roztoku před reakcí?“ „Jaké druhy jsou přítomny v roztoku po reakci?“ „Jak se projevuje teplo – co dělají molekuly vody během reakce jinak?“
Problémy žáků s pojmy z termochemie
Žáci mají potíže s rozlišováním pojmů teplota a teplo. Studenti mají potíže s myšlenkou, že objemový materiál, který vidí, NENÍ chemickou reakcí. Chemická reakce nemá hmotnost, nemá měrné teplo a nemění teplotu. Chemická reakce se skládá z rozpadu a vzniku vazeb, což je forma potenciální energie. Při této demonstraci chemická reakce uvolňuje teplo do bezprostředního okolí. Voda a rozpuštěné chemické látky získávají teplo – teplo se přenáší do roztoku, který je z větší části tvořen vodou. získané teplo. Když se teplo z chemické reakce přenáší do okolí, do roztoku, zvyšuje se teplota roztoku. Molekuly vody vznikající reakcí mají vyšší kinetickou energii ve srovnání s původními molekulami vody v roztoku. Nově vzniklé molekuly vody se srážejí s původními molekulami vody, což způsobuje rychlejší pohyb některých původních molekul vody, dochází k čistému zvýšení kinetické energie molekul vody.
Kinetická energie = (1/2 mv2)průměr = (3/2) kT T je teplota a k je Boltzmannova konstanta
Studenti obtížně chápou, že kmitáním a pohybem atomů a nebo molekul dochází k výměně tepla a to je forma kinetické energie.
K této demonstraci je k dispozici počítačová animace znázorňující rychlý pohyb nově vzniklých molekul vody v důsledku acidobazické reakce.
K této demonstraci je k dispozici počítačová simulace kalorimetrie.
K této demonstraci je k dispozici aktivita podobná POGILu ve třídě.
K této demonstraci je k dispozici sada interaktivních slidů Power Point s řízenými otázkami.
Zobrazení ukázky acidobazické neutralizační kalorimetrie, počítačové animace na úrovni částic a chemických rovnic pomáhá studentům propojit makroskopickou, mikroskopickou (částicovou) a symbolickou úroveň zobrazení – trojúhelník Alexe Johnstona – což vede k hlubšímu pochopení pojmů spojených s termochemií.
Počítačová simulace kalorimetrie
https://media.pearsoncmg.com/bc/bc_0media_chem/chem_sim/calorimetry/Calor.php
©2016 Greenbowe, Abraham, Gelder Výukové materiály pro výuku chemie. University of Oregon, Oklahoma State University, University of Oklahoma, Pearson
Cíle výuky
Po shlédnutí ukázky a provedení aktivit v hodině by studenti měli být schopni
1. Zjistit, co je to chemie. Identifikovat soustavu a okolí pro daný kalorimetrický experiment.
2. Určit, co uvolňuje teplo a co teplo získává pro daný kalorimetrický experiment.
3. Určit, co se při kalorimetrickém experimentu uvolňuje a co získává. Vypočítejte teplo získané nebo uvolněné roztokem, qsolution, zapojeným do daného kalorimetrického experimentu: celková hmotnost roztoku, měrné teplo roztoku, změna teploty roztoku: q = m c ∆T
4. Aplikujte zákon zachování energie na kalorimetrické experimenty, qreakce + qsolution= 0
5. Vypočítejte teplo získané nebo uvolněné roztokem. Pokud je kalorimetrický pokus prováděn za podmínek konstantního tlaku, vypočítejte ∆H pro reakci.
6. Vzhledem k naměřené počáteční a konečné teplotě roztoku nebo ke znaménku ∆Hrxn určete, zda je reakce endotermická nebo exotermická.
7. Vzhledem ke změně entalpie pro reakci, množství reaktantů a vyvážené chemické rovnici vypočítejte teplo vyměněné pro reakci.