HCl(aq) + NaOH(aq) –> NaCl(aq) + H2O(l) + Energie
Thermochemie bepaal de uitgewisselde warmte bij constante druk,
q = m c ∆T.
Bereken de beperkende reactant en bepaal de verandering in enthalpie van de reactie, ∆Hrxn, omdat de reactie onder constante druk plaatsvond
∆Hrxn = qrxn / # mol beperkende reactant
Deze reactie wordt geclassificeerd als een exotherme reactie.
Deze demonstratie wordt gewoonlijk uitgevoerd wanneer onderwerpen in de thermochemie of thermodynamica worden besproken. De reactie van HCl(aq), een sterk zuur, met NaOH(aq), een sterke base, is een exotherme reactie. Het grote idee van de meeste demonstraties met calorimetrische thema’s is dat energie behouden blijft. Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd, maar wel worden uitgewisseld.
qlost+ qgain = 0 of qreleased + qgain = 0
Deze demonstratie illustreert ook hoe de vorming van water (een van de drijvende krachten) kan werken om een reactie tot spontaniteit te drijven. Dit is een neutralisatiereactie waarbij het hydroxide-ion als base en het hydronium-ion als zuur fungeert.
Deze demonstratie interactief maken – actief leren
De docent moet de demonstratie “omlijsten” en de discussie sturen. Nadat de leerlingen de begintoestand van de oplossingen hebben geobserveerd en de resultaten van de demonstratie hebben bekeken, is het belangrijk dat de leerlingen kunnen bespreken wat warmte wint en wat warmte verliest in dit chemische proces voordat de docent de leerlingen de antwoorden geeft. De leerlingen moet worden gevraagd aan te geven wat warmte wint en wat warmte verliest – gebruik een reeks klikvragen. Vraag: “Wat wint warmte?” “Hoeveel energie, in de vorm van warmte, komt vrij of wordt gewonnen door de oplossing?” “Hoeveel energie, in de vorm van warmte, komt vrij of wordt gewonnen bij de reactie? “Wat zijn de primaire soorten die in elke oplossing aanwezig zijn vóór de reactie? “Wat zijn de soorten die na de reactie in de oplossing aanwezig zijn?” “Hoe manifesteert de warmte zich – wat doen de watermoleculen anders terwijl de reactie plaatsvindt?”
Moeilijkheden van leerlingen met thermochemische concepten
Leerlingen hebben moeite om de termen temperatuur en warmte van elkaar te onderscheiden. Leerlingen hebben moeite met het idee dat het bulkmateriaal dat ze kunnen zien NIET de chemische reactie is. Een chemische reactie heeft geen massa, heeft geen specifieke warmte, en verandert niet van temperatuur. Een chemische reactie bestaat uit het breken van bindingen en het vormen van bindingen en dit is een vorm van potentiële energie. In deze demonstratie geeft de chemische reactie warmte af aan de directe omgeving. Het water en de opgeloste chemicaliën winnen warmte – warmte wordt overgedragen aan de oplossing, die voor het grootste deel uit water bestaat. gewonnen warmte. Wanneer warmte wordt overgedragen aan de omgeving, de oplossing, als gevolg van de chemische reactie, stijgt de temperatuur van de oplossing. De watermoleculen die door de reactie worden gevormd, hebben een hogere kinetische energie dan de oorspronkelijke watermoleculen in de oplossing. De nieuw gevormde watermoleculen botsen met de oorspronkelijke watermoleculen waardoor sommige van de oorspronkelijke watermoleculen sneller bewegen, er is een netto toename van de kinetische energie van de watermoleculen.
Kinetische energie = (1/2 mv2)gemiddelde = (3/2) kT T is de temperatuur en k is de constante van Boltzmann
Studenten hebben het moeilijk om te begrijpen dat door de trilling en beweging van atomen en of moleculen warmte wordt uitgewisseld en dit een vorm van kinetische energie is.
Er is een computeranimatie beschikbaar van de snelle beweging van nieuw gevormde watermoleculen als gevolg van een zuur-base reactie om deze demonstratie te begeleiden.
Er is een calorimetrie computersimulatie beschikbaar om deze demonstratie te begeleiden.
Er is een klassikale POGIL-achtige activiteit om deze demonstratie te begeleiden.
Er is een set interactieve Power Point-dia’s voor begeleide vragen om deze demonstratie te begeleiden.
Het tonen van de demonstratie van zuur-base neutralisatie calorimetrie, de computeranimatie op deeltjesniveau, en de chemische vergelijkingen helpt studenten de macroscopische, microscopische (deeltjes), en symbolische niveaus van representatie te verbinden – Alex Johnstone’s Driehoek – wat leidt tot een meer diepgaand begrip van de concepten die samenhangen met thermochemie.
Calorimetrie Computersimulatie
https://media.pearsoncmg.com/bc/bc_0media_chem/chem_sim/calorimetry/Calor.php
©2016 Greenbowe, Abraham, Gelder Chemistry Education Instructional Resources. University of Oregon, Oklahoma State University, University of Oklahoma, Pearson
Leerdoelen
Na het observeren van de demonstratie en het doen van de klassikale activiteiten, moeten de leerlingen in staat zijn om
1. Het systeem en de omgeving voor een gegeven calorimetrie-experiment identificeren.
2. Identificeren wat warmte afgeeft en wat warmte wint voor een gegeven calorimetrie-experiment.
3. Bereken de warmte die wordt gewonnen of afgegeven door een oplossing, qoplossing, betrokken bij een gegeven calorimetrie-experiment: totale massa van de oplossing, soortelijke warmte van de oplossing, verandering in temperatuur van de oplossing: q = m c ∆T
4. Pas de wet van behoud van energie toe op calorimetrie-experimenten, qreactie + qoplossing= 0
5. Als het calorimetrie-experiment onder constante druk wordt uitgevoerd, bereken dan ∆H voor de reactie.
6. Stel vast of een reactie endotherm of exotherm is, uitgaande van de begin- en eindtemperatuur van een oplossing of van het teken van de ∆Hrxn.
7. Bereken, uitgaande van de verandering in enthalpie voor een reactie, de hoeveelheden reactanten en een evenwichtige chemische vergelijking, de uitgewisselde warmte voor een reactie.