Bir enerji mühendisi, standart şartlarda (25 °C, 1 atm) çalışan prototip bir biyoetanol şöminesinin ısı verimliliğini test etmek amacıyla hazneye 9,2 gram saf sıvı biyoetanol yakıtı koyarak tamamen yakıyor. Tepkime tam verimle tamamlandığında şömineden çevreye tam 247 kJ ısı salındığı tespit ediliyor.
Mühendis bu deneysel verileri ve matematiksel modeli kullanarak biyoetanol sıvısının (C_2H_5OH(s)) standart molar oluşum entalpisini hesaplamak istediğine göre, bulacağı doğru değer kaç kJ/mol olmalıdır?
(H=1 g/mol, C=12 g/mol, O=16 g/mol, Delta H^irc_{fCO_{2}(g)]}=-393 kJ/mol, Delta H^irc_{fH_2O(g)]}=-242 kJ/mol)
A) -277
B) -265
C) -235
D) 276
E) 235
Tepkime Isısı ve Oluşum Entalpisi Hesaplamaları
KULLANILAN FORMÜL / KURAL: Standart tepkime entalpisi, ürünlerin standart molar oluşum entalpileri toplamından girenlerin standart molar oluşum entalpileri toplamı çıkarılarak hesaplanır (\Delta H^\circ_{\text{tepkime}} = \sum \Delta H^\circ_{f(\text{ürünler})} - \sum \Delta H^\circ_{f(\text{girenler})}).
ÇÖZÜM ADIMLARI
Adım 1 — Yakılan Biyoetanolün Mol Sayısını Bulma
Biyoetanolün (C_2H_5OH) mol kütlesi:
M_A = (2 \times 12) + (6 \times 1) + 16 = 46\text{ g/mol}
9,2\text{ gram} biyoetanolün mol sayısı:
n = \frac{m}{M_A} = \frac{9,2}{46} = 0,2\text{ mol}
Adım 2 — Molar Yanma Entalpisini (\Delta H^\circ_{\text{yanma}}) Hesaplama
0,2\text{ mol} yakıt yandığında çevreye 247\text{ kJ} ısı salındığına göre (ekzotermik tepkime), 1\text{ mol} biyoetanol için açığa çıkan ısı ve molar yanma entalpisi:
\Delta H^\circ_{\text{tepkime}} = -\frac{247\text{ kJ}}{0,2\text{ mol}} = -1235\text{ kJ/mol}
Adım 3 — Standart Molar Oluşum Entalpisini (\Delta H^\circ_f) Çekme
Biyoetanolün yanma tepkimesi denklemi:
\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s) + 3\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{CO}_2(g) + 3\text{H}_2\text{O}(g)
Tepkime entalpisi formülü uygulanır (\text{O}_2(g) elementel halde olduğu için \Delta H^\circ_f = 0):
\Delta H^\circ_{\text{tepkime}} = [2 \cdot \Delta H^\circ_{f[\text{CO}_2(g)]} + 3 \cdot \Delta H^\circ_{f[\text{H}_2\text{O}(g)]}] - [\Delta H^\circ_{f[\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s)]}]
-1235 = [2(-393) + 3(-242)] - \Delta H^\circ_{f[\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s)]}
-1235 = [-786 - 726] - \Delta H^\circ_{f[\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s)]}
-1235 = -1512 - \Delta H^\circ_{f[\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s)]}
\Delta H^\circ_{f[\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s)]} = -1512 + 1235 = -277\text{ kJ/mol}
CEVAP: A) -277 (\Delta H^\circ_{f[\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s)]} = -277\text{ kJ/mol})
SINAV NOTU / PÜF NOKTASI: Açığa çıkan/salınan ısı daima pozitif bir büyüklük olarak ifade edilir; ancak tepkime ekzotermik olduğu için entalpi değeri formüle yazılırken önüne mutlaka eksi (-) işareti konulmalıdır.