Zelfstudiepakket leerkracht (Correctiesleutel) Industrieel Ingenieur Chemie, Biochemie, Milieukunde

Transcriptie

1 @ KORTRIJK Zelfstudiepakket leerkracht (Correctiesleutel) ENTHALPIE Industrieel Ingenieur Chemie, Biochemie, Milieukunde Graaf Karel de Goedelaan Kortrijk

2 Voorwoord Dit zelfstudiepakket wordt georganiseerd door de vakgroep Industriële Biologische Wetenschappen (IBW) aan de. De vakgroep IBW staat bekend voor de opleidingen Bachelor en Master of Science in de Industriële Wetenschappen: biochemie, chemie en milieukunde, opleidingen die leiden tot de beroepstitel industrieel ingenieur biochemie, chemie en milieukunde. Industrieel ingenieurs zijn ingenieurs die vooral toepassingsgerichte kennis verwerven die zij kunnen gebruiken om bestaande toepassingen en ontwerpen te verbeteren of om systemen te optimaliseren in een specifieke bedrijfs- of sectorcontext. Meer informatie over onze opleiding kan je terugvinden op volgende website: De vakgroep IBW is onderverdeeld in twee wetenschappelijke onderzoekslaboratoria, namelijk: LIWET = Laboratorium voor water en ecotechnologie Laboratorium voor voedingsmicrobiologie en biotechnologie Wil je meer weten over ons onderzoek, dan kan je een kijkje nemen op de website Als industrieel ingenieur chemie ben je in staat om op voorhand te bepalen of een reactie endo- of exotherm is. In de industrie is het belangrijk om te bepalen hoeveel energie er gevormd wordt tijdens een reactie. Je kent misschien de zelfwarmende kant-en-klaar maaltijden of de zelfwarmende babyfles, hier is het heel belangrijk om te weten hoeveel energie er toegevoegd moet worden aan het eten of de melk. Het bedrijf moet bepalen in welke concentratie de chemische producten aanwezig moeten zijn om het eten voldoende op te KORTRIJK 2 van 29

3 Leerplandoelen (Oriënteren) (Leerkracht) Richting Leerplan Leerplandoelstelling ASO Economie-wetenschappen Grieks-wetenschappen Latijn-wetenschappen Moderne talen-wetenschappen Sportwetenschappen Wetenschappen-topsport Wetenschappen-wiskunde ASO Latijn-Wetenschappen Moderne talen-wetenschappen Wetenschappen-Topsport Wetenschappen-Wiskunde Sportwetenschappen ASO Bijzondere wetenschappelijke vorming 2014/007 GO O/2/2014/ /091 GO De energieomzettingen bij een chemische reactie in verband brengen met de wet van behoud van energie Het begrip reactie-enthalpie omschrijven en verschillende soorten reactie-enthalpie onderscheiden. De wet van Hess formuleren en toepassen. Processen waarbij energie wordt getransformeerd of getransporteerd kunnen beschrijven en herkennen in voorbeelden. Thermochemie: - Begrippen enthalpie, exotherm en endotherm; - Reactie-enthalpieën De wet van behoud van energie formuleren. Uitleggen dat een stof inwendige energie bezit die afhangt van de aard van de bindingen, de aggregatietoestand en de temperatuur. De enthalpieverandering ΔH van een stof definiëren als verandering van de energieinhoud. Enthalpie (symbool H, van Heat): H = inwendige energie + p. V p en V zijn enkel belangrijk bij gassen. Uitleggen dat het verbreken van bindingen gepaard gaat met ΔH > 0 en dat het vormen van bindingen gepaard gaat met ΔH < 0. De reactie-enthalpie KORTRIJK 3 van 29

4 ASO Economie-moderne talen Economie-wiskunde Grieks-Latijn Grieks-moderne talen Grieks-wiskunde Humane wetenschappen Latijn-moderne talen Latijn-wiskunde Moderne talen-wiskunde Moderne talen-topsport Wiskunde-topsport 2014/008 GO definiëren als het verschil tussen de enthalpie van de reactieproducten en de enthalpie van de uitgangsstoffen. Het verband leggen tussen het teken van ΔH en het exoenergetisch of endoenergetisch karakter van de reactie. De vormingsenthalpie definiëren. De wet van Hess formuleren. Stoichiometrische berekeningen maken met reactie-enthalpieën. De energieomzettingen bij een chemische reactie in verband brengen met de wet van behoud van energie. Het begrip reactie-enthalpie omschrijven en verschillende soorten reactie-enthalpie onderscheiden. TSO Chemie O/2/2004/306 De begrippen energieinhoud, de enthalpie (H), de wetten van de thermochemie (waaronder de wet van Hess), de definitie van b.v. vormingsenthalpie, bindingsenergie, kennen. Uitbreiding: De begrippen entropie, vormingsenthalpie en bindingenthalpie kennen. TSO Industriële wetenschappen 2006/114 GO De wet van behoud van energie formuleren. Uitleggen dat een stof inwendige energie bezit die afhangt van de aard van de bindingen, de aggregatietoestand en de KORTRIJK 4 van 29

5 De enthalpieverandering ΔH van een stof definiëren als verandering van de energieinhoud. Uitleggen dat het verbreken van bindingen gepaard gaat met ΔH > 0 en dat het vormen van bindingen gepaard gaat met ΔH < 0. Enthalpie (symbool H, van Heat), eenheid joule Enthalpieverandering ΔH: Voor inwendige energie wordt het symbool U gebruikt. De afname van de enthalpie bij het ontstaan van een covalente binding of van een ionrooster leidt tot een grotere stabiliteit: - de bindingsenergie is de energie die vrijkomt bij de vorming van een mol van een covalente binding; - de roosterenergie is de energie die vrijkomt bij de vorming van een mol kristallijne ionverbinding uit de samenstellende positieve en negatieve ionen. De reactie-enthalpie ΔH definiëren als het verschil tussen de enthalpie van de reactieproducten en de enthalpie van de uitgangsstoffen. Het verband leggen tussen het teken van ΔH en het exoenergetisch of endoenergetisch karakter van de reactie. De vormingsenthalpie definiëren. De wet van Hess formuleren. Stoichiometrische berekeningen maken met KORTRIJK 5 van 29

6 TSO Industriële wetenschappen VVKSO BRUSSEL D/2009/7841/035 TSO Techniek - wetenschappen 2002/249 GO Een enthalpieverandering omschrijven als een verandering van inwendige energie eventueel vermeerderd met de geleverde arbeid door een gas als gevolg van de volumeverandering (beschouwd vanuit het systeem). Uitbreiding: De vormings-, verbrandingsen bindingsenthalpie definiëren. Met gegevens over vormings-, verbrandings- en bindingsenthalpie een reactie-enthalpie berekenen. De wet van Hess formuleren en toepassen. De wet van behoud van energie formuleren: - uitleggen waarom een stof inwendige energie bezit die afhangt van de aard van de bindingen, de aggregatietoestand en de temperatuur. - de enthalpieverandering ΔH van een stof definiëren als verandering van de energie-inhoud. - uitleggen dat het verbreken van bindingen gepaard gaat met ΔH > 0 en dat het vormen van bindingen gepaard gaat met ΔH < 0. Vormingsenthalpie definiëren: - in een tabel de vormingsenthalpie van een samengestelde stof opzoeken. - de reactie-enthalpie berekenen uit de vormingsenthalpieën van de reactieproducten en van de KORTRIJK 6 van 29

7 Lesdoelstellingen (Oriënteren) (leerlingen) De leerlingen kunnen de wet van behoud van energie toepassen. - de wet van Hess formuleren. - steunend op de wet van Hess en op een tabel van vormingsenthalpieën, eenvoudige thermochemische berekeningen uitvoeren. - stoichiometrische berekeningen maken waarin thermochemische problemen voorkomen. De leerlingen kunnen uitleggen dat de inwendige energie afhankelijk is van de aard van de bindingen. De leerlingen kunnen uitleggen dat de inwendige energie afhankelijk is van de aggregatietoestand. De leerlingen kunnen uitleggen dat de inwendige energie afhankelijk is van de temperatuur. De leerlingen kunnen het begrip enthalpie met eigen woorden omschrijven. De leerlingen kunnen de enthalpie bepalen met behulp van de inwendige energie. De leerlingen kunnen een exo- of endotherme reactie voorspellen met behulp van de enthalpie. De leerlingen kunnen de gebruiken. Reactie-enthalpie Vormingsenthalpie Verbrandingsenthalpie Bindingsenthalpie De leerlingen kunnen de wet van Hess met eigen woorden verwoorden. De leerlingen kunnen de wet van Hess toepassen. VOETen De leerlingen blijven, ondanks moeilijkheden, een doel nastreven. De leerlingen stellen kwaliteitseisen aan hun eigen werk. De leerlingen maken gebruik van de gepaste kanalen om hun vragen, problemen, ideeën of meningen kenbaar te KORTRIJK 7 van 29

8 Uitleg zelfstudiepakket Lees aandachtig de lesdoelstellingen. Zit je met vragen of twijfels dan kan je altijd terecht bij de leerkracht. Het zelfstudiepakket moet individueel gemaakt worden. Iedereen moet de basisdoelen maken. De basisdoelen worden aangeduid met figuur 1 Figuur 1: Basisdoelen Ben je klaar met de basisdoelen en het is nog geen tijd, dan kan je de uitbreidingsdoelen maken. De uitbreidingsdoelen worden aangeduid met figuur 2 Figuur 2: Uitbreidingsdoelen Ben je klaar met alle basisdoelen en uitbreidingsdoelen dan mag je de correctiesleutel vragen aan de leerkracht. De leerkracht controleert of alle basisdoelen en uitbreidingsdoelen gemaakt zijn. Ben je klaar met alle basisdoelen en nog niet met de uitbreidingsdoelen, maar het is bijna tijd. Dan krijg je van de leerkracht ook een correctiesleutel zodat je de basisdoelen kan verbeteren. De geschatte werktijd bedraagt 3 lesuren Veel KORTRIJK 8 van 29

9 Inhoud Voorwoord... Lesdoelstellingen (Oriënteren)... Uitleg zelfstudiepakket... Inhoud... Inleiding... Inwendige energie... Systemen... Endo- of exotherm... Wet van Hess... Enthalpie... Reactie-enthalpie... Vormingsenthalpie... Berekeningen van reactie-enthalpie met behulp van de vormingsenthalpie... Verbrandingsenthalpie... Bindingsenthalpie... KORTRIJK 9 van 29

10 1. Inleiding Thermodynamica betekent letterlijk energie (thermos) en beweging (dynamica). De thermodynamica bestudeert de beweging van de energie of de overgang van energie. De nulde wet van de thermodynamica vertelt ons dat drie systemen die in contact staan met elkaar een thermisch evenwicht bereiken. De systemen hebben dezelfde temperatuur, denk bijvoorbeeld aan een thermometer voor het meten van de koorts, zoals weergegeven in figuur 3. Figuur 3: Nulde wet van de thermodynamica De wet van behoud van energie is de eerste wet van de thermodynamica. Deze wet bewijst dat de energie niet verloren kan gaan, maar ook niet uit niets kan ontstaan. Een overmaat aan energie wordt omgezet in een andere energievorm. De tweede wet van de thermodynamica stelt extra voorwaarden aan de eerste wet. Uit de eerste wet weet men dat de energie wordt omgezet in een andere energievorm. Volgens de tweede hoofdwet is de energieomzetting enkel mogelijk in arbeid of warmte, zoals weergegeven in figuur 4. Figuur 4: Eerste en tweede wet van de KORTRIJK 10 van 29

11