Soru: Aşağıda bazı tepkimelerin standart koşullardaki entalpi değişim değerleri verilmiştir. Buna göre, standart koşullarda 0,02 mol CH₄ gazının yakılmasından elde edilen ısı kaç g buzu tamamen eritebilir?
Tepkimelerin Entalpi Değerleri:
- CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(s), ∆H° = -900 kJ/mol
- H₂O(s) → H₂O(sıvı), ∆H° = +6 kJ/mol
(Buzun erime entalpisi)
Çözüm Adımları:
1. Yakılan CH₄’nin Miktarı ve Elde Edilen Isı:
- 0,02 mol CH₄ yakılıyor.
- CH₄’nin yanma entalpisi tepkime başına -900 kJ/mol.
- Elde edilen toplam ısı:Q = 0,02 \, \text{mol} \times (-900 \,\ \text{kJ/mol}) = -18 \,\ \text{kJ}(- işareti yakma işlemi sırasında açığa çıkan enerjiyi temsil ediyor, ancak hesaplamada pozitifle kullanıyoruz.)
2. Buzun Erimesi İçin Gerekli Enerji:
- 1 gram buzun erimesi için gereken enerji:Q_{\text{erime}} = 6 \, \text{kJ/mol}
- Buzun molar kütlesi:H₂O = 18 \, \text{g/mol}
- 1 mol buzu eritebilmek için gereken enerji:Q_{\text{erime}} = 6 \,\ \text{kJ}Yani 18 gram buzu eritmek için 6 kJ enerji gerekiyor.
3. Elde Edilen Isıyla Erimesi Sağlanabilecek Buz Miktarı:
- Elde edilen ısı Q = 18 kJ.
- Erimesi sağlanan buz miktarı:m = \frac{18 \, \text{kJ}}{6 \, \text{kJ/mol}} \times 18 \, \text{g/mol}m = 54 \, \text{g}
Sonuç:
0,02 mol CH₄ gazının yakılmasıyla elde edilen ısı, toplamda 54 g buzu tamamen eritebilir.
Doğru Cevap: A) 54
Aşağıda bazı tepkimelerin standart koşullardaki entalpi değişim değerleri verilmiştir. CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(s) ΔH° = -900 kJ/mol. H2O(s) → H2O(s) ΔH° = +6 kJ/mol. Buna göre, standart koşullarda 0,02 mol CH4 gazının yakılmasından elde edilen ısı kaç g buzu tamamen eritebilir? (H2O = 16 g/mol)
Cevap:
1. Yanma Tepkimesinin Isı Miktarını Bulma
-
Verilen yanma tepkimesi:
\text{CH}_4 (g) + 2\,\text{O}_2 (g) \rightarrow \text{CO}_2 (g) + 2\,\text{H}_2\text{O} (s) -
Standart koşullarda 1 mol CH₄ yandığında açığa çıkan ısı: -900 kJ/mol
(Buradaki eksi işareti, tepkimenin ekzotermik olduğunu gösterir.) -
0,02 mol CH₄ için açığa çıkan ısı:
0,02 \text{ mol} \times 900 \text{ kJ/mol} = 18 \text{ kJ}
2. Buzu Eritmek İçin Gerekli Isı
- Soruda, 1 mol buzu (H₂O (s)) eritmek için gerekli ısı (erime entalpisi) +6 kJ/mol olarak verilmiştir.
- 18 kJ’lik enerji ile eritebileceğimiz buz miktarı (mol cinsinden):\frac{18 \,\text{kJ}}{6 \,\text{kJ/mol}} = 3 \,\text{mol}
3. Erimiş Buzun Kütlesi
- 1 mol H₂O’nun kütlesi 18 g’dır.
- 3 mol buzun kütlesi:3 \,\text{mol} \times 18 \,\text{g/mol} = 54 \,\text{g}
4. Sonuç
0,02 mol CH₄ yandığında açığa çıkan ısı ile 54 g buz tamamen eritilebilir.
Aşağıdaki verilere göre, standart koşullarda 0,02 mol CH₄ gazının yakılmasından elde edilen ısı kaç g buzu tamamen eritebilir?
Cevap:
Merhaba! Bu soruda verilen kimyasal tepkimeler ve entalpi değişim bilgileri ışığında, metan (CH₄) gazının yanmasından açığa çıkan ısının kaç gram buzu (katı suyu) eritmeye yeteceğini hesaplayacağız. Yapmamız gerekenler özetle şunlardır:
- Metan gazının yanma tepkimesinden açığa çıkan ısı miktarını bulmak.
- Katı suyun (buzun) erimesi için gerekli olan füzyon (erime) entalpisini esas alarak toplam eritilebilecek buz kütlesini hesaplamak.
Bu süreci tüm detaylarıyla açıklayacağız ve ek olarak entalpi kavramları, yanma denklemi, erime entalpisi (füzyon entalpisi) gibi temel kimyasal konuları da derinlemesine ele alacağız. Hem konuyu iyi kavramanız hem de benzer sorularla karşılaştığınızda rahatlıkla yöntem uygulayabilmeniz adına oldukça kapsamlı bir inceleme yapacağız.
İçindekiler
- Entalpi ve Tepkime Isısı Nedir?
- Verilen Kimyasal Tepkimeler ve Entalpi Değerleri
- Metan Gazının Yanma Denklemi ve Hesaplamalar
- Erime Entalpisi (Füzyon Entalpisi) ve Buzun Erimesi
- Adım Adım Çözüm
- Hesaplamaların Tablosu
- Konunun Derinlemesine İncelemesi
- Örnek Benzer Sorular
- Sonuç ve Genel Özet
1. Entalpi ve Tepkime Isısı Nedir?
Kimyada entalpi (H), bir sistemin ısı içeriğini ifade eden bir termodinamik büyüklüktür. Bir kimyasal tepkime meydana geldiğinde, sistemin entalpisindeki değişim ΔH (kJ/mol gibi birimlerle) tepkimenin ekzotermik (ısı veren) veya endotermik (ısı alan) olduğunu gösterir.
- Ekzotermik Tepkime (ΔH < 0): Sistem ısı kaybeder, çevre ısı kazanır.
- Endotermik Tepkime (ΔH > 0): Sistem ortamdan ısı alır, çevre ısı kaybeder.
Tepkime ısısı ise belli bir kimyasal tepkimenin gerçekleşmesi sonucu açığa çıkan veya soğurulan enerji (ısı) miktarıdır. Bu soru, metan gazının standart koşullardaki yanmasından açığa çıkan toplam ısıyı, buz erimesinde kullanılan ısıya dönüştürerek kaç gram buzun eritilebileceğini sorgulamaktadır.
2. Verilen Kimyasal Tepkimeler ve Entalpi Değerleri
Sorumuzda şu veriler yer almaktadır:
- Metanın yanma tepkimesi:
Bu değer (–900 kJ/mol), 1 mol CH₄ gazının tamamen yakılmasıyla ortama 900 kJ ısı verildiğini ifade eder.
- Suyun donması (ya da buz oluşumu) için verilen denklem:
Soru aslında buzun erimesini hesaplatacağı için erime entalpisi (buzun katı hâlden sıvı hâle geçerken soğurduğu ısı) bu değerin tam tersi büyüklükte (yani +6 kJ/mol, suyun donması için endotermik verilmiş ama bizim ilgilendiğimiz buzun erimesi için ise 6 kJ/mol ısı gerekli).
Soru: 0,02 mol CH₄ gazının yakılmasından açığa çıkan ısının tamamı, kaç gram katı H₂O’yu (buzu) eritmeye yeter?
3. Metan Gazının Yanma Denklemi ve Hesaplamalar
Metan (CH₄) uygun miktarda oksijenle yakıldığında karbondioksit (CO₂) ve su (H₂O) oluşur. Bu tepkime oldukça ekzotermiktir. Verilen –900 kJ/mol değeri, 1 mol CH₄ için açığa çıkan ısı olup, herhangi bir ısı kaybı olmadığını varsaydığımızda, bu ısıyı buz eritmek için kullanabiliriz.
4. Erime Entalpisi (Füzyon Entalpisi) ve Buzun Erimesi
Buzu eritmek için gerekli ısıya erime entalpisi veya füzyon entalpisi adı verilir. Standart koşullar altında 1 mol buzun (katı suyun) tamamen erimesi yaklaşık 6 kJ ısı gerektirir. Soruda da \Delta H^\circ= +6 \text{ kJ/mol} ifadesiyle bu değerin aynısı verilmiş olup, 1 mol buz sıvı hâle geçmek için 6 kJ enerjiye ihtiyaç duyar.
5. Adım Adım Çözüm
Adım 1 – Metanın Yanmasıyla Açığa Çıkan Isı
• 1 mol CH₄ yandığında = –900 kJ ısı açığa çıkar.
• 0,02 mol CH₄ için açığa çıkan ısı:
Negatif işaret, sistemin ısı verdiğini, çevrenin bu ısıyı kazandığını göstermektedir. Bizim açımızdan elde edilen ısı +18 kJ olarak kullanılabilir.
Adım 2 – Erime Isısı Hesabı
1 mol buzun erimesi için 6 kJ gerekiyor. Dolayısıyla n mol buz erimek için:
Adım 3 – Eritilen Buz Kütlesini Bulma
Yanma sonucunda elimizde 18 kJ ısı var. Erimeye gidecek ısı da 6 kJ/mol.
• Eritilebilecek buzun mol sayısı:
• 1 mol H₂O yaklaşık 18 g olsa da soruya göre suyun mol kütlesi 18 g/mol’dür (bazı test kitapları kısaca “H₂O = 18 g/mol” olarak ifade eder, soruda “16 g/mol” ifadesi varsa muhtemelen bir yazım hatası ya da farklı bir notasyondan kaynaklı olabilir; standart kimyasal hesaba göre suyun mol kütlesi 18 g/mol’dür).
Dolayısıyla 3 mol H₂O’nun kütlesi:
Yani, 0,02 mol CH₄’nin yanmasından açığa çıkan ısı, 54 gram buzu eritmeye yeterlidir.
Bu sonuç bize en yakın şık olarak (A) 54 g değerini işaret etmektedir.
6. Hesaplamaların Tablosu
Aşağıda, sorunun içindeki temel hesaplamaları adım adım özetleyen bir tablo verilmiştir:
| Adım | İşlem | Sonuç |
|---|---|---|
| 1. Metanın yanma entalpisi | 1 mol CH₄ için –900 kJ | –900 kJ/mol |
| 2. 0,02 mol CH₄’den açığa çıkan ısı | 0,02 mol × (–900 kJ/mol) = –18 kJ (elde edilen ısı +18 kJ) | +18 kJ |
| 3. 1 mol buzun erimesi için gereken ısı | +6 kJ/mol | +6 kJ/mol |
| 4. Eritilebilecek buz miktarı (mol) | 18 kJ ÷ 6 kJ/mol = 3 mol | 3 mol H₂O (buz) |
| 5. 3 mol H₂O’nun kütlesi | 3 mol × 18 g/mol = 54 g | 54 g (eriyen buz) |
Tablodan da görüldüğü gibi 54 gram buzun tamamen eritilmesi mümkündür.
7. Konunun Derinlemesine İncelemesi
7.1. Yanma Tepkimeleri ve Enerji Açığa Çıkışı
- Yanma; yakıtın (hidrokarbon veya diğer yakılabilir maddeler) oksijenle reaksiyona girerek karbondioksit ve su gibi ürünlerin oluştuğu ve ısı (enerji) açığa çıkan tepkimelerdir.
- Metan (CH₄) en basit ve en yaygın kullanılan fosil yakıtlardan biridir. Elde edilen ısının büyük kısmı ısıtma, elektrik üretimi gibi uygulamalarda kullanılır.
- Metanın yanma denklemi:\text{CH}_4(\text{g}) + 2\,\text{O}_2(\text{g}) \rightarrow \text{CO}_2(\text{g}) + 2\,\text{H}_2\text{O}(\ell/\text{s})Denklemin suyun hangi fazda olduğuna (sıvı ya da katı) göre yanma entalpisi değerleri tablolarda ufak farklılıklar gösterebilir. Soruda suyun katı formu çıktı olarak alınmıştır ve entalpi değeri –900 kJ/mol olarak verilmiştir.
7.2. Buzun Erime Mekanizması
- Erime süreci, katı fazdaki suyun (buz) enerjiyi absorbe ederek sıvı faza (su) dönüştüğü bir faz değişimidir.
- Faz değişimleri sırasında sıcaklık sabit kalır; erime noktasında alınan ısı, madde yapısının katıdan sıvıya dönüşmesine harcanır.
- 1 mol suyun (yaklaşık 18 g buz) tam erimesi için yaklaşık 6 kJ enerji gerekir. Bu değerler tablolarda hafifçe farklılık gösterse de standart kimya derslerinde “6,0 kJ/mol” olarak kullanılır.
7.3. Standart Koşullar ve Entalpi
- Standart koşullar: 298 K sıcaklık (25 °C) ve 1 atm basınç. Bu tür tablolarda paylaşılan entalpi değerleri genellikle bu koşullar için geçerlidir.
- Soruda bahsi geçen “standart koşullarda yanma entalpisi” ve “standart koşullarda buzun erimesi” gibi ifadeler, kimyasal tablolarla uyumlu veriler olduğu anlamına gelir.
8. Örnek Benzer Sorular
-
Soru: 0,03 mol propan (C₃H₈) gazının yakılmasından elde edilen ısıyla kaç mol buz eritilebilir? (Propanın yanma tepkimesi için ΔH = –2200 kJ/mol, buzun erime entalpisi 6 kJ/mol alınsın.)
- Yaklaşım:
- 0,03 mol C₃H₈ → açığa çıkan ısı: 0,03 × 2200 = 66 kJ
- Kaç mol buz erir?: 66 / 6 = 11 mol buz
- Yaklaşım:
-
Soru: 2 mol etanolün (C₂H₅OH) tam yanmasından çıkan ısının, 0 °C’deki suyu kaynatmak için kullanıldığı farzedilsin. 1 mol suyun buharlaşması için yaklaşık 41 kJ/mol gerekirse, 2 mol etanol yanmasıyla kaç mol su buharlaştırılabilir?
-
Soru: Endotermik bir tepkimeye belirli miktarda su eklediğinizde, suyun anlık olarak ne kadar ısınacağı veya soğuyacağı nasıl hesaplanır?
Bu tarz sorular, ısıl denge problemlerini ve standart entalpi değişimlerini çok benzer şekilde kullanır.
9. Sonuç ve Genel Özet
Bu soru temel olarak yanma entalpisi ile erime entalpisi arasında bir ısı dönüşümü hesaplatmaktadır. 0,02 mol CH₄ gazını yaktığımızda elde ettiğimiz toplam enerjiyi (18 kJ), buzun (katı suyun) erimesine harcıyoruz. 1 mol buz için 6 kJ gerekliyse 3 mol buz erir; 3 mol buz da 3 × 18 = 54 g yapar.
Sınav, test veya ders ortamında bu tip bir soru, temel kimyasal hesaplamaları, termodinamik prensiplerini ve faz geçişlerinin ısı gereksinimlerini anlama becerinizi ölçer. Dikkat edilmesi gereken iki önemli husus:
- Tepkime denkleminin doğru yorumlanması: Özellikle hangi fazda ne kadar ısı açığa çıktığı veya soğrulduğu.
- Mol – kJ – gram dönüşümleri: Mol sayısı ve verilen entalpi arasında doğru birim dönüşümü yapmak.
Ayrıca, soruda suyun mol kütlesi için 16 g/mol ibaresi geçiyorsa bu bir tip yazım hatası olabilir. Standart kimyada H₂O’nun mol kütlesi 18 g/mol’dür. Bu soru özelinde de klasik hesaplama 18 g/mol üzerinden yapılır. Sonuçta (A) 54 g seçeneği sorunun doğru cevabıdır.
Kısa Özet
- Metan yanma entalpisi: –900 kJ/mol
- 0,02 mol CH₄ yanması → 0,02 × –900 = –18 kJ
- 1 mol buz erimesi → +6 kJ
- 18 kJ ile eritilebilecek buz: 18 / 6 = 3 mol
- 3 mol buz = 3 × 18 g = 54 g
Dolayısıyla yanan 0,02 mol CH₄’nin ürettiği 18 kJ ısı, 54 g buzu eritmeye yeterlidir.
@anonymous13