Sunum ve Sistematik 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ

Transkript

1 Sunum ve Sistematik 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ KONU ÖZETİ Bu başlık altında, ünitenin en can alıcı bilgileri, kazanım sırasına göre en alt başlıklara ayrılarak hap bilgi niteliğinde konu özeti olarak sunulmuştur. 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ ALIŞTIRMALAR Bu başlık altında her bölüm kazanımlara ayrılmış, kazanımlar tek tek çözümlü temel alıştırmalar ve sorular ile taranmıştır. Özellikle bu kısmın sınıf içinde öğrencilerle işlenmesi öngörülmüştür. 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ UYGULAMALI SORULAR Bu başlıklar altında uygulamalar yaparak öğrenciye yorum, analiz, sentez yetisinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ Sistemler ve Enerji Türleri - 1 KONU KAVRAMA TESTİ TEST - 1 Bu başlıkla üniteler alt bölümlere ayrılmış, her bölümün içerdiği kazanım ve alt başlıklar dikkate alınarak testler oluşturulmuştur. KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ ÜNİTE YAZILI SORULARI Bu başlık altında resmi ve özel okul yönetmeliklerinde öngörülen formatlar ile ünitenin tamamını kapsayan yazılı soruları konulmuştur. Bu uygulamanın amacı, öğrenciyi okuldaki yazılılara hazırlamak ve öğrencinin okul başarısını arttırmaktır. KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ ÜNİTE DEĞERLENDİRME TESTİ Bu başlık altında ünitenin geneli sorularla taranmış, öğrencinin bu ünite ile ilgili sınava hazır bulunulmuşluğu ölçme yoluna gidilmiştir. Bu başlık, ünitenin finali niteliğindedir.

2 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ KONU ÖZETİ 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ A. SİSTEM VE ORTAM Termodinamik, ısı, iş ve enerji türlerinin birbirine dönüşümü ve sistemlerin hallerini konu alan bilim dalıdır. Başka bir deyişle, termodinamik çeşitli enerji türleri arasındaki ilişkiyi inceler. Termodinamikte evren doğanın tamamına verilen addır. Burada incelenen evren parçasına sistem denir. Belirlenmiş maddeler topluluğu olan sistemin içinde bulunduğu koşullara ortam denir. Bir sistemi ve ortam koşullarını tanımlamak için termodinamik değişkenler kullanılır. Termodinamik değişkenler, mekanik değişkenler (basınç, hacim) ve istatistiksel değişkenler (sıcaklık, entropi) olarak ikiye ayrılır. a) Açık Sistem Sistemle ortam arasında hem enerji hem de madde alışverişi gerçekleşmekte ise bu bir açık sistemdir. Açık bir sistemde, sisteme giren enerjilerin toplamı çıkan enerjilerin toplamına eşit yazılarak enerji dengesi kurulur. b) Kapalı Sistem Sistemle ortam arasında enerji transferinin olduğu, madde transferinin gerçekleşmediği sistemdir. c) İzole Sistem Ortam ile madde ve enerji alışverişinin olmadığı sistemdir. d) İzotermal (Sıcaklığı sabit) Sistem Sıcaklık sabit tutularak her türlü madde ve enerji alışverişinin gerçekleştiği sistemdir(sağlıklı insan vücudu). e) İzokorik (hacim sabit) Sistem acim değişimi olmadığında ortamla iş alışverişi yapamayan ancak enerji alışverişini gerçekleştirebilen sistemdir(düdüklü tencere). B. İÇ ENERJİ a) İç Enerji Bir sistemdeki tüm taneciklerin kinetik enerjileri ile taneciklerin birbirleriyle etkileşimlerinden doğan potansiyel enerjilerin toplamına sistemin iç enerjisi denir. İç enerji (U) sembolü ile gösterilir. İç enerjiye taneciklerin öteleme,titreşim ve dönme hareketlerinden kaynaklı kinetik enerjileri, potansiyel enerjileri ve atomların çekirdek ve elektronik enerjileri katkı sağlar. Tek atomlu gaz tanecikleri yalnız öteleme hareketi yaparken, iki ya da daha fazla atomlu moleküller öteleme enerjilerinin yanında dönme ve titreşim enerjilerine de sahiptirler. Bir sistemin iç enerjisi tek başına ölçülemez. Sistemin iki farklı durumu karşılaştırıldığında ise iç enerjiler arasındaki fark ölçülebilir. C. ISI VE İŞ Isı ve iş sistemle ortam arasındaki enerji aktarma yoludur. Isı, sistemle ortam arasındaki sıcaklık farkından dolayı aktarılan enerjidir. Isı, yüksek sıcaklık bölgesinden düşük sıcaklık bölgesine doğru akar. Sıcaklık termal hareketin bir sonucudur. Termal hareket, hızlı moleküllerin birbirleriyle çarpışarak fazla enerjilerini verip, enerjinin ortama yayılmasını sağlayan gelişigüzel hareketlerdir. Moleküllerin termal hareketinden doğan termal enerjileri(ısı enerjisi) de sıcaklığa bağlı olarak artar veya azalır. İş ise sıcaklık farkından bağımsız yollarla aktarılan enerjidir. Enerjinin iş olarak aktarılmasına, sistemin çevresine uyguladığı dış kuvvetlerin yaptığı mekanik iş(sembolü W) örnek verilebilir. Mekanik iş, bir kuvvetin belirli bir yol alırken yaptığı iştir (W=Kuvvet x yol). f) İzobarik (basınç sabit) Sistem Ortamla hem iş hem de enerji alışverişi yaparken basıncın sabit tutulduğu sistemlerdir(açık havada gerçekleşen birçok fiziksel ve kimyasal olay). Sabit basınç altında ısıtılan bir gazın genleşmesinde gaza verilen ısı (Q p ), sıcaklık yükselmesi ve genleşme olarak sistemde iki değişikliğe sebep olur. Sistemin iç enerjisinde bir artış olur. İç enerji (U), bir hal fonksiyonu olduğu için miktarı 11

3 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ ALIŞTIRMALAR 1. BÖLÜM Su buharı SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ Isı Isı A. SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ Kazanım Sistem ve ortam arasındaki ilişkinin önemini farkeder. 1. I. Bir silindirik kap içerisindeki gaz II. Düdüklü tencere içerisinde pişen yemek III. Fotosentez reaksiyonlarının gerçekleştiği bitki yaprağı Yukarıda verilenlerden hangileri kimyasal anlamda sistem örneği olabilir? Temel Alıştırma Metan(C 4 ) gazının, CO 2 (g) ve 2 O(g) oluşturmak üzere yanma reaksiyonunun denklemi aşağıdaki gibidir. C 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) O(g) + Isı A) Yalnız I B) I ve III C) I ve II E Bu reaksiyonun gerçekleştiği ortam ve kimyasal sistem ile ilgili; I. Reaksiyona giren maddeler ve oluşan ürünler sistemi oluşturmaktadırlar. II. Reaksiyonun gerçekleştiği oda ortama dahildir. III. Reaksiyonda, reaksiyona giren ve oluşan maddeler dışındaki herşey evreni oluşturmaktadır. 2. Evlerde kullanılan ütü içerisindeki tel sistem olarak kabul edilirse, I. Telin yapıldığı demir parçası sisteme aittir. II. Ütünün fişi ortama aittir. III. Ütüde kullanılan su sisteme aittir. yargılarından hangileri doğru olur? A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III Çözüm A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III B Reaksiyonu daha iyi anlayabilmek için evreni iki bölüme ayırmak gerekir. Termodinamikte evren doğanın tamamına verilen addır. Burada incelenen evrenin birinci bölümüne sistem denir. Yukarıdaki örnekte tüm dikkatin verildiği ve gözlendiği kimyasal reaksiyon evrenin sistem parçasını oluşturmaktadır. Sistemin dışında kalan diğer tüm parçalar ise ikinci bölüm olan ortamı oluşturur. Reaksiyonda, reaksiyona giren maddeler ve oluşan ürünler sistemi oluştururken, reaksiyon kabı, reaksiyonun gerçekleştiği oda gibi kısımlar ise ortamı oluştururlar. Sistem ve ortam biraraya gelerek evreni oluşturur. Cevap: B 3. I. Bir bardak içerisindeki su sistemse, bardak ortama aittir. II. Bir kap içerisindeki kimyasal madde sistem olarak kabul edilirse, deneyde kullanılacak malzemeler ortama ait olur. III. İnsan vücudu sistem kabul edilirse, giysiler ortama ait olur. Sistemler ve ortamlarla ilgili yukarıdaki örneklerden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III E 13

4 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ UYGULAMALI SORULAR 1. Aşağıdaki cümleler verilen ifadeleri dikkatle okuyunuz. İfade doğru ise yanındaki kutuyu (D), yanlış ise (Y) ile işaretleyiniz. a. Termodinamik çeşitli enerji türleri arasındaki ilişkiyi inceler. b. Termodinamikte evren doğanın tamamına verilen addır. c. Termodinamik değişkenler, mekanik değişkenler(sıcaklık gibi) ve istatistiksel değişkenler (basınç gibi) olarak ikiye ayrılır. d. Açık bir sistemde, sisteme giren enerjilerin toplamı, çıkan enerjilerin toplamına eşit yazılarak enerji dengesi kurulur. e. Kapalı sistem, çevre ile madde ve enerji alışverişinin olmadığı sistemdir. f. Düdüklü tencerede hacim değişimi olmadığı için ortamla iş alışverişi yapılmaz. g. Açık havada gerçekleşen kimyasal olaylar basıncın sabit tutulduğu sistemlere örnek olarak gösterilebilir. h. İki atomlu gaz tanecikleri yalnız öteleme hareketi yaparken, ikiden fazla atomlu moleküller öteleme enerjilerinin yanında dönme ve titreşim enerjilerine de sahiptirler. i. Termal hareket, hızlı moleküllerin birbirleriyle çarpışarak fazla enerjilerini verip, enerjinin ortama yayılmasını sağlayan gelişigüzel hareketlerdir. j. Sabit hacim altında ısıtılan bir gaza verilen ısı(q v ), sıcaklık yükselmesi ve genleşme olarak sistemde iki değişikliğe sebep olur. k. Termodinamiğin I. Yasası Enerjinin korunumu yasasıdır. l. İç enerji(u), bir durum fonksiyonu olduğu için miktarı doğrudan ölçülebilir. 2. Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri doldurunuz. a... ısı, iş ve enerji türlerinin birbirine dönüşümünü ve sistemlerin durumlarını konu alan bilim dalıdır. b. Belirlenmiş maddeler topluluğu olan sistemin içinde bulunduğu koşullara.. denir. c. Sabit basınç altında ısıtılan bir gazın genleşmesinde gaza verilen ısı...ve olarak sistemde iki değişikliğe sebep olur. d. Sistem. sabit tutularak bir gazın ısıtılması durumunda, hacim değişimi gerçekleşemeyeceğinden sistemin yaptığı iş w = 0 olur. e. Sisteme sabit hacimde verilen ısı (Q v ),... değişimine eşit olur. f. Sistemle ortam arasında hem enerji hem de madde alışverişi gerçekleşmekte ise bu bir.. sistemdir. g. Sağlıklı bir insan vücudu. sistemdir. h. İç enerjiye taneciklerin, ve. hareketlerinden kaynaklı kinetik enerjileri, potansiyel enerjileri ve atomların çekirdek ve elektronik enerjileri katkı sağlar. 3. Aşağıda verilen gaz taneciklerinin yapmış oldukları öteleme, titreşim ve dönme hareketlerine göre sınıflandırınız. a. C b. e... c. O 2... d. Ar... e. CO

5 1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE ENERJİ TÜRLERİ Sistemler ve Enerji Türleri - 1 KONU KAVRAMA TESTİ TEST Fiziksel ve kimyasal değişimlerde, olayların gerçekleştiği, üzerinde inceleme yapılan ve belirli sınırları olan evren parçasına sistem, sistemin dışında kalan herşeye ortam denir. Buna göre sistem türleri ile ilgili aşağıdaki açıklamalardan hangisi yanlıştır? 4. A) Bulunduğu ortam ile hem madde hem de enerji alışverişi yapan sistemlere açık sistem denir. B) Ortamla madde ve ısı alışverişinde bulunmayan sistemlere izole sistem denir. C) Sıcaklığı sürekli sabit tutulan sistemler izotermal sistemlerdir. D) Basıncı sürekli sabit tutulan sistemlere izokorik sistem adı verilir. E) Bulunduğu ortam ile madde alışverişi yapmayan; ancak enerji alışverişi yapabilen sistemlere kapalı sistem denir. 2. Sabit basınçlı bir sistem üzerine 480 kj'lük iş yapıldığında sistemin iç enerjisinde 280 kj'lük bir artış olmaktadır. Buna göre, I. Ortamın enerjisinde azalma olmuştur. II. Sistem ısı kaybetmiştir. III. Evrenin enerjisi korunmuştur. A) Yalnız I B) I ve II C) II ve III D) I ve III E) I, II ve III 3. Sabit hacimli bir kap içerisindeki gaz ısıtılıyor. Bu durumda sistemde gerçekleşen ısı(q), mekanik iş(w) ve iç enerji değişimi( U) ile ilgili olarak aşağıda verilenlerden hangisi doğrudur? q W U A) + B) C) + + D) + E) (a) Isı Yüklü pil Boşalmış pil Isı İş (b) Pilin kaybettiği enerji Yukarıdaki şekillerde eşdeğer iki pil kullanılarak sabit sıcaklıkta iki sistem oluşturulmuştur. Amaç iki sistemdeki pili de bitene kadar kullanmaktır. Birinci sistemde enerji ısı şeklinde kaybedilirken, ikinci sistemde enerjinin bir kısmı iş enerjisi, diğer kısmı da ısı olarak kaybedilmektedir. Buna göre, I. Pillerin başlangıçtaki iç enerjileri eşittir. II. Sistemlerden dışa aktarılan ısı ve iş enerjileri farklı durumlarda değişebilmektedir. III. Birinci sistem, kimyasal tepkimelerdeki sabit hacimli bir sisteme örnek verilebilir. A) Yalnız I B) I ve II C) II ve III D) I ve III E) I, II ve III 5. Aşağıdaki değişimlerden hangisi ekzotermiktir? A) İyot kristallerinin süblimleşmesi B) Kalsiyum karbonatın yüksek sıcaklıkta bozunması C) Erimiş lavların yeryüzüne çıktığında soğuması D) Suyun elektrolizle hidrojen ve oksijene ayrılması E) Eterin buharlaşması 6. I. Bir sistemin ısı aldığında çevreye iş yapabilmesi II. Bir sistemin ısı açığa çıkarması sırasında sistem üzerine iş yapılması III. Bir sistemin ısı alması sırasında, çevre tarafından sistem üzerine iş yapılması Yukarıdaki işlemlerden hangilerinde sistemin iç enerjisinde her zaman bir artma olur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III 21

6 7. I. Buharlaşan terin sistem kabul edildiği bir ortamda, terin deriyi soğutması II. Esnek bir balonun içeriğinin sistem kabul edildiği bir durumda, sabit basınçta balonun genleşmesi III. Reaksiyon karışımının sistem kabul edildiği bir durumda, reaksiyon kabının ocakta ısıtılması Yukarıdaki sistemlerde gerçekleşen enerji değişimleri(ısı veya iş) ve iç enerji değişiminin( U) işareti için aşağıda verilenlerden hangisi doğrudur? gr 2 O(s) 100 C 50gr 2 O(s) 25 C 50gr 2 O(K) 0 I II III A) Isı, + İş, + Isı, - B) Isı, - İş, - Isı, + C) Isı, + İş, - Isı, + D) İş, + İş, - Isı, + E) İş, - İş, - Isı, + Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi, 50 gram 100 C sıcaklıktaki su soğutularak, 50 gram 0 C'deki buz da ısıtılarak 25 C sıcaklıktaki su haline getiriliyor. Bu dönüşümler ve son durumdaki su için, I. 25 C sıcaklıktaki suyun iç enerjisi, her iki dönüşümde de aynı olur. II. er iki durumda da sistemin iç enerjisinde artma olur. III. Isıtma işlemi sırasında hal değişimi de görülür. 8. İç enerji değişimi( U) +65 kj olan bir sistem ve bulunduğu ortam ile ilgili aşağıdaki açıklamalardan hangisi doğrudur? A) Sistem ve bulunduğu ortam toplam 65 kj enerji kaybetmiştir. B) Sistem ve bulunduğu ortam toplam 65 kj enerji kazanmıştır. C) Sistem 65 kj enerji kaybederken, ortam 65 kj enerji kazanmıştır. D) Sistem 65 kj enerji kazanırken, ortam 65 kj enerji kaybetmiştir. E) Evrenin toplam enerjisinde 65 kj'lük bir artma olmuştur. A) Yalnız II B) I ve III C) I ve II 11. Aşağıdaki tabloda bazı sistemlerde gerçekleşen olaylar sırasında ısı ve iç enerjide meydana gelen değişimler verilmektedir. Sistemin ısı değişimi(q) Sistemdeki iş enerjisi(w) I. 555 J -987 J İç enerjideki değişim( U) II J -100 J III. 150 J 150 J Buna göre, yukarıda verilen işlemlerden hangileri sabit hacimde gerçekleşmiştir? 9. Bir bisikletin tekerleğini şişirmek için kullanılan pompa iğnesinde şişrme işlemi sırasında ısınma gerçekleşir. Pompanın ani hareketinin içerdeki gazı sıkıştırması sonucunda hava tekerleğe itilirken, I. Sistem üzerine yapılan iş, iç enerji değişimine eşit olur. II. Sistemin sıcaklığında artma olur. III. Bu işlem sırasında ısı(q) > 0 olur. A) Yalnız II B) Yalnız III C) I ve II A) Yalnız I B)Yalnız III C)II ve III D) I ve III E) I, II ve III 12. Bir miktar gaz sabit basınç altında genleşerek 279 J iş yapıyor. Bu işlem sırasında çevreden 216 J ısı alındığına göre, gazın iç enerjisindeki değişme kaç J olur? A) -63 B) + 63 C) -495 D) E) D 2. E 3. B 4. E 5. C 6. C 7. C 8. D 9. C 10. B 11. B 12. A 22

7 KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ ÜNİTE YAZILI SORULARI 1 T.C. Lisesi Öğrencinin Adı / Soyadı: / Öğretim Yılı Dersi Dönem Yazılı Soruları No: / Sınıfı: Aldığı Not: 1. 2 O(s) 2 O(g) değişimi 25 o C sıcaklık ve 1 atm basınçta gerçekleştiğinde, değeri, U değerinden 2,5 kj/mol daha fazla olmaktadır. Bu 2,5 kj/mol fazlalığı sistem ve ortam kavramlarıyla ilişkilendirerek açıklayınız. Cevap (Puan ) 2. 1 mol sıvı oktan(c 8 18 ) bileşiğinin CO 2 (g) ve 2 O(s) Cevap oluşturmak üzere O 2 (g) ile yanma tepkimesinde açığa çıkan ısı 5460 kj'dur. Buna göre, a. Tepkimenin denkleştirilmiş denklemini yazınız. b. 22,8 gram oktanın tepkimede yakılması ile açığa çıkan ısıyı hesaplayınız. (C = 12 gr/mol, = 1 gr/mol) (Puan ) 3. C 4 ve C 2 2 gazlarından oluşan 0,8 mollük gaz karışımı tam yakıldığında 999,6 kj ısı açığa çıkmaktadır. C 4 ve C 2 2 gazlarının molar yanma ısıları sırasıyla 882 kj ve kj olduğuna göre, karışımda kaç gram C 2 2 gazı vardır? (=1 gr/mol, C=12 gr/mol) Cevap (Puan ) 4. Aşağıdaki tabloda bazı bileşiklerin standart oluşum entalpisi değerleri verilmiştir. Cevap Bileşik f o (kj/mol) Buna göre, SiCl 4 (s) O(s) 286 SiO 2 (k) 911 Cl(suda) 167 SiCl 4 (s) O(s) SiO 2 (k) + 4 Cl(suda) tepkimesinin 25 o C sıcaklık ve 1 atm basınçtaki o değerini kj olarak bulunuz. (Puan ) 59

8 KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ ÜNİTE DEĞERLENDİRME TESTİ 1 1. Bir sistem ortamdan 425 J ısı alırken, ortama 425 J iş yapıyor. Buna göre, I. U = 0 olur. II. q > 0 dır. III. w > 0 dır. A) Yalnız II B) Yalnız III C) I ve II 2. İzotermal sistemde ideal bir gaz genleşirken, I. Madde ve enerji alışverişi olmaz. II. Sıcaklık değişimi olmadığı için U sıfırdır. III. Sistem ısı alıyorsa, aldığı enerjiyi ortama karşı iş yapmakta kullanır. yukarıdaki yargılardan hangileri doğru olur? A) Yalnız I B) Yalnız III C) I ve II 3. 2 (g) O2 (g) 2 O(s) kj tepkimesi için aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? ( = 1 gr/mol, O = 16 gr/mol) A) Tepkimede mol sayısı korunmamıştır. B) Tepkime ısı verendir. C) Tepkimeye giren maddelerin iç enerjisi daha fazladır. D) 36 gram 2 O(s) oluştuğunda, 574 kj ısı açığa çıkar. E) 2 O(g) bileşiğinin oluşma entalpisi -287 kj/mol'dür C ^gh + O ^gh " 2CO ^gh + 3 O^sh I. ^gh + O^gh " O^gh Δ=-242 kj/mol II. C(k) + O 2 (g) CO 2 (g) 5 III. C ^gh + O ^gh " 2CO ^gh + O^gh Δ=-394 kj/mol Δ=-1257 kj/mol olduğuna göre, C 2 2 (g) bileşiğinin oluşma entalpisi kaç kj/mol'dür? A) +227 B) -216 C) +216 D) -202 E) +202 C C + O O O C Gaz fazında gerçekleşen yukarıdaki tepkimenin ortalama bağ enerjisi değerleri kullanılarak tepkime entalpisinin hesaplanabilmesi için, I. O O bağının ortalama bağ enerjisi II. C bağının ortalama bağ enerjisi III. O bağının ortalama bağ enerjisi niceliklerinden hangilerinin bilinmesine gerek yoktur? A) Yalnız II B) Yalnız III C) I ve III 7. C 3 6 (g) + 2 (g) C 3 8 (g) tepkimesi için atomlar arasındaki bağların ortalama bağ enerjisi değerleri aşağıdaki gibi olduğuna göre, tepkimenin değeri kaç kj'dür? C O tepkimesinin değerini hesaplayabilmek için, I. CO 2 (g) ve 2 O(s) molar oluşma entalpileri II. C 2 2 (g) (g) C 2 6 (g) tepkimesinin entalpisi III. C 2 2 (g) molar oluşma entalpisi değerlerinden hangilerinin bilinmesi gerekir? Bağ C C C C C Ortalama Bağ enerjisi (kj/mol) A) I ve II B) I ve III C) II ve III D) Yalnız I E) I,II ve III A) -71 B) -102 C) -128 D) -152 E)