GENEL KİMYA I - Deneme Sınavı - 2

Joule enerji birimidir. Örneğin iş (w), enerjinin bir şekli olup kuvvet (F) x yol (l) şeklinde ifade edilebilir. Bu durumda w=F.l=m.a.l 1 joule=1 (kg)(m/s2)(m)= 1 kg m2/s2

I şıkkında verilen tanım Kapalı Sistem tanımı değil İzole Sistem tanımıdır. Dolayısıyla bu şık yanlıştır.

Delta E=q + w 500 kJ=640 kJ + w w=-140 kJ (Eksi işaret işin, sistem (makine) tarafından çevreye yapıldığının gösterir.

w=-P(Vs-Vi)=-((1,13 atm)(101325 kg m^-1 s^-2/1 atm))(30,0x10^-3 - 10,0x10^-3) m^3=-2290 kg m^2/s^2= -2290 J (eksi işaret işin çevreye yapıldığını gösterir).

q=ms(T2-T1)=(3,0 g)(0,233 J/g K)(9,0 K)=6,29 J q=(6,29 J)(1 cal/4,184 J)=1,50 cal

-q yanma=q su +q kalorimetre -q yanma= (1400 g)(4,184 J/g oC)(3,12 oC) + (2800 J/oC)(3,12 oC) q yanma= -27011,7 J=-27,0 kJ Molar yanma ısısı=(-27,0 kJ)(120 g/mol)/1,50 g)=-2160 kJ/mol

C2H2(g) + (5/2)O2(g) -> 2CO2(g) +H2O(s) Delta Ho= -1300 kJ 2CO2(g) + 2H2O(g) -> C2H4(g) + 3O2(g) Delta Ho= +1411kJ H2(g) + (1/2)O2(g) -> H2O(s) Delta Ho= -286 kJ _________________________________________________________________ C2H2(g) + H2(g) -> C2H4(g) Delta Ho= -175 kJ

N2H4(s) + O2(g) -> N2(g) + H2O(s) Delta Ho=(1/2)(-1244,4) kJ 2H2O2(s) -> 2H2(g) + 2 O2(g) Delta Ho= 2(187,8) kJ 2H2(g) + O2(g) -> 2H2O(s) Delta Ho= -571,6 kJ N2H4(s) + 2H2O2(s) -> N2(g) + 4H2O(s) Delta Ho= -818,2 kJ

-673,0 kcal=(6 mol (-94,05 kcal/mol)) + (6 mol (-68,32 kcal/mol)) - (1 mol)(Delta Hol (C6H12O6(k)) Delta Hol (C6H12O6(k))= -301,22 kcal/mol

C(elmas), karbonun en kararlı formu olmadığından elmasın standart oluşum entalpisi sıfırdan farklıdır.

Kinetik enerji, hareket enerjisidir ve bir cismin kinetik enerjisi, cismin kütlesi (m) ve hızıyla (u) ilişkilidir. Potansiyel enerji ise bir cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerji olup depolanmış enerjidir. Potansiyel enerji, cismin kütlesi (m), yerçekimi ivmesi (g) ve yerden yüksekliği (∆h) ile ilişkilidir. Enerjinin türetilmiş SI birimi joule dur ve J sembolüyle gösterilir. Enerji için kalori de sıklıkla kullanılan ancak SI birimi olmayan bir enerji birimidir ve cal sembolüyle gösterilir. Doğru cevap E'dir.

Sistem açık, kapalı ve izole sistem olabilir. Açık sistemde, sistem çevre ile hem madde ve hem de enerji alışverişi yapar. Açık sisteme evlerde ısınma amaçlı kullanılan sobalar, arabalar örnek olarak verilebilir. Kapalı sistem, çevre ile madde alışverişi olmayan, ancak enerji alışverişi olan sistemdir. Kapalı sistemlere örnek olarak kimyasal tepkimeler, piller, buz veya sıcak su torbaları verilebilir. Bildiğiniz gibi kimyasal tepkimelerde kütle korunmaktadır. İzole sistem, çevresi ile madde ve enerji alışverişi olmayan sistemdir. Doğru cevap A'dır.

İç enerji, sistemdeki maddeyi oluşturan tüm taneciklerin kinetik enerjileri ile taneciklerin birbirleriyle etkileşmelerinden doğan potansiyel enerjilerinin toplamıdır. Bir sistemin iç enerjisi, sisteme enerji verildiği zaman artar ve sistemden enerji alındığı zaman azalır. Sisteme verilen enerjinin (iş veya ısı) değeri pozitif bir değerdir, sistemden alınan enerjinin (iş veya ısı) değeri negatif bir değerdir.  Sistemin iç enerjisi ∆E kadar artmışsa, bu kadar enerji çevreden sisteme akmıştır yani çevrenin enerjisi ∆E kadar azalmıştır. Böylece evrenin toplam enerjisinde herhangi bir değişme olmamış, sabit kalmıştır. İç enerji (E) bir hal fonksiyonudur ve sistemin kapasite özelliğidir.  Hal fonksiyonu, değeri gidilen yola bağlı olmayıp iki hal arasındaki farka bağlı olan fonksiyondur. Doğru cevap E'dir.

Çözüm için termodinamiğin birinci yasasına ilişkin ∆E = q + w bağıntısını kullanmamız gerekir. Bu süreçte ısı sistem tarafından alındığından q = +750 J, sistem dışarıya iş yaptığı için w = - 285 J olur. Bu değerler bağıntıda yerine yazılırsa, iç enerji değişimi,
∆E = 750 J - 285 J = 465 J olarak bulunur. Doğru cevap C'dir.

Ekzotermik süreç, ısı veren bir süreçtir yani bu süreçte çevreye ısı verilir. Endotermik bir süreçte ise ısı absorblanır (soğurulur) yani çevreden sisteme ısı verilir. Hal değişimleri de endotermik veya ekzotermik olabilir. Tüm buharlaşma ve erime olayları endotermiktir. Yoğunlaşma ve donma olayları ise ekzotermiktir. Doğru cevap E'dir.

Sıcaklık ölçülebilen bir nicelik olmasına karşın ısı doğrudan ölçülemeyen bir niceliktir. Dolayısıyla bir süreçte alınan veya verilen ısı miktarı dolaylı yoldan belirlenebilmektedir. Bir termodinamik süreç sırasında alınan veya verilen ısının belirlenmesine yarayan sistemlere kalorimetre denir. Kalorimetreler, sabit-hacim kalorimetreleri ve sabit basınç-kalorimetreleri olarak iki tipe ayrılırlar.  Sabit-hacim kalorimetresine kalorimetre bombası da denir. Sabit-hacim kalorimetreleri ile genellikle organik maddelerin yanma ısıları (tepkime iç enerji değişimleri) ölçülür. Bunun nedeni yanma tepkimeleri ile açığa çıkan ısının miktarının büyük olması, dolayısıyla kalorimetredeki suyun sıcaklığındaki değişmenin büyük olması yani sudaki sıcaklık farkının kolaylıkla ölçülebilmesidir.

Tepkime entalpisi, sabit basınç altında bir tepkimenin başladığı andan sona erdiği ve tepkime ürünlerinin tepkimenin başladığı andaki sıcaklığa getirildiği ana kadar alınan veya verilen ısıdır. İç enerji, sistemdeki maddeyi oluşturan tüm taneciklerin kinetik enerjileri ile taneciklerin birbirleriyle etkileşmelerinden doğan potansiyel enerjilerinin toplamıdır. Isı kapasitesi bir maddenin sıcaklığını 1 ^oC (veya 1 K) arttırmak için gerekli ısı miktarıdır.  Özgül ısı, bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 ^oC (veya 1 K) arttırmak için verilmesi gereken ısı miktarıdır.  Molar ısı, bir mol maddenin sıcaklığını 1 ^oC (veya 1 K) arttırmak için verilmesi gerekli ısı miktarıdır. Doğru cevap D'dir.

Tepkime entalpileri verilen tepkimelerdeki bileşenlerin sorudaki tepkimede tepken ve ürün olarak yer almalarına bakarak, bu tepkimeleri aynen veya ters çevirerek ve gerekiyorsa stokiyometriye uygun katsayılarla çarparak veya kesirlere bölerek yazarız. Bu durumda yukarıdaki birinci tepkime ters çevrilip, ikinci tepkime iki ile çarpılarak, üçüncü tepkime aynı şekilde yazılmalıdır. 

2CO₂(g) + H₂O(g)  → C₂H₂(g) + 5/2O₂(g)   ∆H₁ = +1256 kJ
2C(k) + 2O₂(g) →   2CO₂(g)                       ∆H₂ = -787 kJ

H₂(g) + 1/2O₂ (g) →   H₂O(g)                     ∆H₃ = -242 kJ

Bu üç termokimyasal denklem toplandığında bazı bileşenler hem tepken hem de ürün olarak aynı miktarlarda yer aldıklarından birbirlerini götürürler ve toplam denklem

2C(k) + H₂(g)  →  C₂H₂(g)

ve tepkime entalpisi
∆H = ∆H₁ + ∆H₂ + ∆H₃
∆H = +1256 kJ -787 kJ -242 kJ
∆H = 227 kJ
olur. Doğru cevap A'dır.

25 ^oC ve 1 atm de yani standart koşulda O₂(g), He(g), H₂(g) ve N₂(g) gaz halindedir ve bu moleküllerin ve atomun standart oluşum entalpileri sıfırdır.  Standart koşullarda moleküler oksijen (O₂) sıvı değildir. Bu nedenle O₂(s) nin standart oluşum entalpisi sıfır değildir. Doğru cevap C'dir.

Tepken ve ürünlerin standart oluşum entalpi değerleri

∆H^o = Σn ∆H^o_ol(ürünler) - Σn ∆H^o_ol(tepkenler) bağıntısında yerine konur.

∆Hº = [n_NH3 x ∆H^o_ol[NH₃(g)]+ n_NO2 x ∆H^o_ol[NO₂(g)]] - [n_H2O x ∆H^o_ol[H₂O(g)]+ n_N2 x ∆H^o_ol[N₂(g)]]

∆Hº = [2 x (-46,11) + 3 x (33,18)] – [3 x (-241,82) + 4 x 0]

∆Hº = (-92,22+99,54)-(-725,46+0)

∆Hº = +732,78  kJ 

Doğru cevap C'dir.