AYT Kimya Bağ Enerjileri: Çıkmış Soru Analizi ve Çözüm Teknikleri Test 1

Aşağıda verilen ortalama bağ enerjileri kullanılarak, $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)$ tepkimesinin entalpi değişimi ($ \Delta H $) kaç $kJ/mol$'dür? Bağ Enerjileri: $E(C-H) = 414 \text{ kJ/mol}$ $E(O=O) = 498 \text{ kJ/mol}$ $E(C=O) = 802 \text{ kJ/mol}$ ( $CO_2$'deki C=O bağı) $E(O-H) = 464 \text{ kJ/mol}$

A) -808
B) +808
C) -702
D) +702
E) -916

Bir kimyasal tepkimenin entalpi değişimi ($ \Delta H $), tepkime sırasında kırılan ve oluşan bağların enerjileri kullanılarak hesaplanabilir. Bu hesaplamada temel prensip, bağların kırılması için enerji harcanırken (endotermik süreç), yeni bağların oluşmasıyla enerji açığa çıkmasıdır (ekzotermik süreç). Entalpi değişimi için kullanılan formül şöyledir:

$ \Delta H = \sum (\text{kırılan bağ enerjileri}) - \sum (\text{oluşan bağ enerjileri}) $

Şimdi verilen tepkimeyi ve bağ enerjilerini kullanarak adım adım çözümleyelim:

$CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)$

• 1. Reaktanlardaki Kırılan Bağları ve Toplam Enerjilerini Belirleyelim:

  Reaktanlar, tepkimeye giren maddelerdir ve bu maddelerdeki bağlar tepkime sırasında kırılır. Bağların kırılması enerji gerektirir.

  Metan ($CH_4$): Bir karbon atomuna bağlı dört hidrojen atomu bulunur, yani 4 adet C-H bağı vardır. Her bir C-H bağının enerjisi $414 \text{ kJ/mol}$ olarak verilmiştir. Bu bağların kırılması için gereken toplam enerji: $4 \times E(C-H) = 4 \times 414 \text{ kJ/mol} = 1656 \text{ kJ/mol}$.

  Oksijen ($2O_2$): Her bir oksijen molekülünde bir adet O=O çift bağı bulunur. Tepkimede 2 mol $O_2$ olduğu için toplamda 2 adet O=O bağı kırılır. Her bir O=O bağının enerjisi $498 \text{ kJ/mol}$ olarak verilmiştir. Bu bağların kırılması için gereken toplam enerji: $2 \times E(O=O) = 2 \times 498 \text{ kJ/mol} = 996 \text{ kJ/mol}$.

  Toplam Kırılan Bağ Enerjisi: Reaktanlardaki tüm kırılan bağların enerjilerini toplarsak: $1656 \text{ kJ/mol} + 996 \text{ kJ/mol} = 2652 \text{ kJ/mol}$.

• 2. Ürünlerdeki Oluşan Bağları ve Toplam Enerjilerini Belirleyelim:

  Ürünler, tepkime sonucunda oluşan maddelerdir ve bu maddelerdeki bağlar tepkime sırasında oluşur. Bağların oluşması enerji açığa çıkarır.

  Karbon Dioksit ($CO_2$): Bir karbon atomuna bağlı iki oksijen atomu çift bağ ile bağlanmıştır, yani 2 adet C=O çift bağı vardır. Her bir C=O bağının enerjisi $802 \text{ kJ/mol}$ olarak verilmiştir. Bu bağların oluşmasıyla açığa çıkan toplam enerji: $2 \times E(C=O) = 2 \times 802 \text{ kJ/mol} = 1604 \text{ kJ/mol}$.

  Su ($2H_2O$): Her bir su molekülünde bir oksijen atomuna bağlı iki hidrojen atomu bulunur, yani 2 adet O-H bağı vardır. Tepkimede 2 mol $H_2O$ olduğu için toplamda $2 \times 2 = 4$ adet O-H bağı oluşur. Her bir O-H bağının enerjisi $464 \text{ kJ/mol}$ olarak verilmiştir. Bu bağların oluşmasıyla açığa çıkan toplam enerji: $4 \times E(O-H) = 4 \times 464 \text{ kJ/mol} = 1856 \text{ kJ/mol}$.

  Toplam Oluşan Bağ Enerjisi: Ürünlerdeki tüm oluşan bağların enerjilerini toplarsak: $1604 \text{ kJ/mol} + 1856 \text{ kJ/mol} = 3460 \text{ kJ/mol}$.

• 3. Tepkimenin Entalpi Değişimini ($ \Delta H $) Hesaplayalım:

  Entalpi değişimi, kırılan bağlar için harcanan toplam enerji ile oluşan bağlar sonucunda açığa çıkan toplam enerji arasındaki farktır.

  $ \Delta H = (\text{Toplam Kırılan Bağ Enerjisi}) - (\text{Toplam Oluşan Bağ Enerjisi}) $

  $ \Delta H = 2652 \text{ kJ/mol} - 3460 \text{ kJ/mol} $

  $ \Delta H = -808 \text{ kJ/mol} $

  Entalpi değişimi negatif çıktığı için bu tepkime ekzotermiktir, yani tepkime sırasında dışarıya enerji (ısı) verir.

Cevap A seçeneğidir.