HCl(aq) + NaOH(aq) –> NaCl(aq) + H2O(l) + Energi
Thermokemi bestämmer den värme som utbyts vid konstant tryck,
q = m c ∆T.
Beräkna den begränsande reaktanten, förändringen i entalpi för reaktionen, ∆Hrxn, kan bestämmas eftersom reaktionen genomfördes under förhållanden med konstant tryck
∆Hrxn = qrxn / # mol av den begränsande reaktanten
Denna reaktion klassificeras som en exotermisk reaktion.
Denna demonstration utförs vanligtvis när ämnen inom termokemi eller termodynamik diskuteras. Reaktionen mellan HCl(aq), en stark syra, och NaOH(aq), en stark bas, är en exoterm reaktion. Den stora idén för de flesta demonstrationer med kalorimetri som tema är att energi bevaras. Energi kan inte skapas eller förstöras, men den kan utbytas.
qlost+ qgain = 0 eller qreleased + qgain = 0
Denna demonstration illustrerar också hur bildandet av vatten (en av de drivande krafterna) kan verka för att driva en reaktion till spontanitet. Detta är en neutraliseringsreaktion där hydroxidjonen agerar som bas och hydroniumjonen agerar som syra.
För att göra denna demonstration interaktiv – aktivt lärande
Instruktören bör ”rama in” demonstrationen och vägleda diskussionen. Efter att eleverna har observerat lösningarnas utgångsförhållanden och observerat resultaten av demonstrationen är det viktigt att eleverna får diskutera vad som vinner värme och vad som förlorar värme i denna kemiska process innan instruktören talar om svaren för eleverna. Eleverna bör ombeds att identifiera vad som ger värme och vad som förlorar värme – använd en serie klickfrågor. Fråga: ”Vad ger värme?” ”Hur mycket energi, i form av värme, frigörs eller vinns av lösningen?” ”Hur mycket energi, i form av värme, frigörs eller vinns genom reaktionen?” ”Vilka är de primära arter som finns i varje lösning före reaktionen?” ”Vilka är de arter som finns i lösningen efter reaktionen?” ”Hur manifesteras värmen – vad gör vattenmolekylerna annorlunda medan reaktionen sker?”
Studenters svårigheter med termokemiska begrepp
Studenterna har svårt att skilja på begreppen temperatur och värme. Eleverna har svårt att förstå att det bulkmaterial de kan se INTE är den kemiska reaktionen. En kemisk reaktion har ingen massa, har ingen specifik värme och ändrar inte temperaturen. En kemisk reaktion består av bindningar som bryts och bindningar som bildas och detta är en form av potentiell energi. I denna demonstration avger den kemiska reaktionen värme till omgivningen. Vattnet och de upplösta kemikalierna får värme – värme överförs till lösningen, som till största delen består av vatten. fick värme. När värme överförs till omgivningen, lösningen, från den kemiska reaktionen ökar lösningen i temperatur. De vattenmolekyler som bildas genom reaktionen har högre kinetisk energi jämfört med de ursprungliga vattenmolekylerna i lösningen. De nybildade vattenmolekylerna kolliderar med de ursprungliga vattenmolekylerna, vilket gör att en del av de ursprungliga vattenmolekylerna rör sig snabbare, vilket ger en nettoökning av vattenmolekylernas kinetiska energi.
Kinetisk energi = (1/2 mv2)medelvärde = (3/2) kT T är temperaturen och k är Boltzmannkonstanten
Studenterna har svårt att förstå att genom vibrationer och rörelser av atomer och/eller molekyler utbyts värme och att detta är en form av kinetisk energi.
Det finns en tillgänglig datoranimation som visar den snabba rörelsen av nybildade vattenmolekyler som ett resultat av en syra-basreaktion för att följa med den här demonstrationen.
Det finns en tillgänglig datorsimulering för kalorimetri för att följa med den här demonstrationen.
Det finns en POGIL-liknande aktivitet i klassen för att följa med den här demonstrationen.
Det finns en uppsättning interaktiva Power Point-bilder med guidad utredning för att följa med den här demonstrationen.
Den demonstration av syra-basneutraliseringskalorimetri, datoranimationen på partikelnivå och de kemiska ekvationerna hjälper eleverna att koppla samman de makroskopiska, mikroskopiska (partikel) och symboliska representationsnivåerna – Alex Johnstones triangel – vilket leder till en mer djupgående förståelse av de begrepp som är förknippade med termokemi.
Kalorimetri datorsimulering
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
Lärandemål
Efter att ha observerat demonstrationen och gjort aktiviteterna i klassen ska eleverna kunna
1. Identifiera systemet och omgivningen för ett givet kalorimetriskt experiment.
2. Identifiera vad som avger värme och vad som tar emot värme för ett givet kalorimetriskt experiment.
3. Beräkna den värme som tillförs eller frigörs av en lösning, qlösning, som ingår i ett givet kalorimetriförsök: lösningens totala massa, lösningens specifika värme, förändring av lösningens temperatur: q = m c ∆T
4. Tillämpa lagen om energins bevarande på kalorimetriförsök, qreaktion + qlösning= 0
5. Om kalorimeterexperimentet utförs under konstanta tryckförhållanden, beräkna ∆H för reaktionen.
6. Med tanke på antingen de initiala och slutliga temperaturmätningarna av en lösning eller tecknet på ∆Hrxn, identifiera om en reaktion är endotermisk eller exotermisk.
7. Med tanke på förändringen av entalpi för en reaktion, reaktanternas mängder och en balanserad kemisk ekvation, beräkna den värme som utbyts för en reaktion.