Как да изчислим промяната на енталпията

Промяната на енталпията на реакцията е количеството топлина, погълната или отделена по време на реакцията, ако това се случи при постоянно налягане. Попълвате изчислението по различни начини в зависимост от конкретната ситуация и каква информация имате на разположение. За много изчисления законът на Хес е ключовата информация, която трябва да използвате, но ако знаете енталпията на продуктите и реагентите, изчислението е много по-просто.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Можете да изчислите промените в енталпията, като използвате простата формула: ∆H = H_{продукти} - З._{реагенти}

Точната дефиниция на енталпия (H) е сумата от вътрешната енергия (U) плюс произведението на налягането (P) и обема (V). В символите това е:

Н = U + PV

Следователно промяната в енталпията (∆H) е:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Когато делта символът (∆) означава „промяна в“. На практика налягането се поддържа постоянно и горното уравнение е по-добре показано като:

∆H = ∆U + P∆V

Въпреки това, за постоянно налягане, промяната в енталпията е просто предадената топлина (q):

∆H = q

Ако (q) е положително, реакцията е ендотермична (т.е. поглъща топлина от заобикалящата я среда), а ако е отрицателна, реакцията е екзотермична (т.е. отделя топлина в заобикалящата я среда). Енталпията има единици kJ / mol или J / mol, или като цяло, енергия / маса. Горните уравнения наистина са свързани с физиката на топлинния поток и енергията: термодинамика.

Най-основният начин за изчисляване на промяната на енталпията използва енталпията на продуктите и реагентите. Ако знаете тези количества, използвайте следната формула, за да определите цялостната промяна:

∆H = H_{продукти} - З._{реагенти}

Добавянето на натриев йон към хлориден йон за образуване на натриев хлорид е пример за реакция, която можете да изчислите по този начин. Йонният натрий има енталпия от -239,7 kJ / mol, а хлоридният йон има енталпия -167,4 kJ / mol. Натриевият хлорид (готварска сол) има енталпия от -411 kJ / mol. Вмъкването на тези стойности дава:

∆Н = -411 kJ / mol - (-239,7 kJ / mol -167,4 kJ / mol)

= -411 kJ / mol - (-407,1 kJ / mol)

= −411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = −3,9 kJ / mol

Така образуването на сол освобождава почти 4 kJ енергия на мол.

Когато дадено вещество се промени от твърдо в течно, течно в газово или твърдо в газово, в тези промени участват специфични енталпии. Енталпията (или латентната топлина) на топене описва прехода от твърдо към течно (обратното е минус тази стойност и се нарича енталпия на сливане), енталпията на изпаряване описва преход от течност към газ (а обратното е кондензация) и енталпията на сублимацията описва прехода от твърдо вещество към газ (обратното отново се нарича енталпия на кондензацията).

За водата енталпията на топене е ∆H_топене = 6,007 kJ / mol. Представете си, че нагрявате лед от 250 Келвина, докато той се разтопи, и след това загрейте водата до 300 К. Промяната на енталпията за отоплителните части е само необходимата топлина, така че можете да я намерите, като използвате:

∆H = nC∆T

Където (n) е броят на бенките, (∆T) е промяната в температурата и (C) е специфичната топлина. Специфичната топлина на леда е 38,1 J / K mol, а специфичната топлина на водата е 75,4 J / K mol. Така че изчислението се извършва в няколко части. Първо, ледът трябва да се нагрее от 250 K до 273 K (т.е. -23 ° C до 0 ° C). За 5 мола лед това е:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4.382 kJ

Сега умножете енталпията на топене по броя на бенките:

∆H = n ∆H_топене

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Изчисленията за изпаряване са едни и същи, с изключение на изпарителната енталпия на мястото на топящата се. И накрая, изчислете крайната фаза на нагряване (от 273 до 300 K) по същия начин като първата:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Сумирайте тези части, за да намерите общата промяна в енталпията за реакцията:

∆H_{обща сума} = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44,596 kJ

Законът на Хес е полезен, когато реакцията, която обмисляте, има две или повече части и искате да намерите общата промяна в енталпията. В него се посочва, че промяната на енталпията за реакция или процес е независима от пътя, по който се случва. Това означава, че ако реакцията се трансформира върху веществото в друга, няма значение дали реакцията се появява в една стъпка (реагентите се превръщат в продукти незабавно) или дали преминава през много етапи (реагентите стават посредници и след това се превръщат в продукти), получената промяна в енталпията е същата в и двата случая.

Обикновено помага да се начертае диаграма (вж. Ресурси), която да ви помогне да използвате този закон. Един пример е, ако започнете с шест мола въглерод, комбинирани с три водорода, те изгарят, за да се комбинират с кислород като междинен етап и след това образуват бензен като краен продукт.

Законът на Хес гласи, че промяната в енталпията на реакцията е сбор от промените в енталпията на двете части. В този случай изгарянето на един мол въглерод има ∆H = −394 kJ / mol (това се случва шест пъти в реакцията), промяната в енталпията за изгарянето на един мол водороден газ е ∆H = −286 kJ / mol (това се случва три пъти) и въглеродният диоксид и водните посредници стават бензен с енталпийна промяна от ∆H = +3,267 kJ / mol.

Вземете сумата от тези промени, за да намерите общата промяна в енталпията, като не забравяте да умножите всеки по броя на бенките, необходими в първия етап на реакцията:

∆H_{обща сума} = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol