Jak obliczyć entalpie reakcji

Entalpia jest związana z ciepłem wydzielanym przez reakcję lub wymaganym do zajścia reakcji. Jest to związane z siłą wiązań w substancji, ponieważ w tych wiązaniach znajduje się energia potencjalna.

Aby zrozumieć entalpię, należy najpierw zrozumieć energię i termodynamikę. Czym jest termodynamika? To jest ilościowy badanie transferów i przemian energii.

Istnieje wiele form energii: energia elektryczna, energia potencjalna i energia kinetyczna, energia chemiczna (wiązań) lub ciepło. Atomy lub cząsteczki mogą mieć energię elektryczną w tym sensie, że elektrony mogą być pozyskiwane lub oddawane. Energia elektryczna jest niezwykle ważna, ponieważ zachowanie elektronów determinuje reakcję atomu, cząsteczki lub substancji.

energia elektryczna cząsteczek odnosi się do pojęcia stabilności: co chcą zrobić elektrony. Orbitale chcieć do wypełnienia. Ładunki dodatnie i ujemne przyciągają się, aby uzyskać możliwie najniższy poziom energii. Cząsteczki o tym samym ładunku będą odpychać wzajemnie. Pomaga to w przewidywaniu, co zrobią elektrony.

W tworzeniu wiązań między atomami energia jest albo uwalniana, albo potrzebna. Ilość energii potrzebna do związania elementów jest określana jako energia wiązania.

Transfery i przemiany energii:

• Zderzenia przenoszą energię kinetyczną z poruszającego się obiektu na inny obiekt.
• Gorąca substancja obok chłodniejszej substancji spowoduje przeniesienie energii (cieplnej) z jednej na drugą.
• Energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną, gdy skała spada z półki. Kiedy skała uderza o ziemię, jej energia kinetyczna zamienia się w energię cieplną.
• W reakcji spalania energia chemiczna jest przekształcana w energię cieplną.
• W reakcjach zmieniających strukturę molekularną energia jest albo wymagana, albo uwalniana.

Prawo zachowania energii stwierdza, że ​​energia nie jest tworzona ani niszczona.

koncepcja systemu i otoczenia w systemie zamkniętym jest bardzo ważny w termodynamice. Kiedy mierzysz zmiany temperatury, mierzysz transfer energii z systemu do otoczenia (lub odwrotnie). Całkowita ilość energii się nie zmienia, jest tylko przekazywana.

Entalpia (H) jest funkcją termodynamiczną opisującą przepływ ciepła i jest wyrażona w kJ/mol. Ważne jest, aby pamiętać, że entalpia nie jest ściśle miarą ciepła, ale jest związana z ciśnieniem i objętością, jak widać na poniższym wzorze.

entalpia formacji to różnica w entalpii między związkiem a elementami, z których jest wykonany.

H = E + pV

H = entalpia, mi = energia, p = ciśnienie, V = objętość

Pierwsza zasada termodynamiki stwierdza, że ​​energia systemu wraz z jego otoczeniem pozostaje stała i jest sumą ciepła (q) i pracy (w), które mają miejsce w tym systemie.

ΔE = q + w

Praca to także przepływ energii pomiędzy systemem a jego otoczeniem. Prostym sposobem zobrazowania pracy jako transferu energii jest wyobrażenie sobie tłoków, które poruszają się pod wpływem wywierania na nie siły.

Prawo Hessa: Gdy istnieją dwa lub więcej zrównoważonych równań chemicznych pokazujących etapy reakcji, zmiana entalpii dla równanie netto jest sumą zmian entalpii dla każdego indywidualnego równania.

Potwierdza to fakt, że entalpia jest funkcja państwa, co oznacza, że ​​obrana ścieżka nie wpływa na wynik końcowy w zakresie pomiaru entalpii. Jest to zgodne z prawem zachowania energii, w którym energia nie jest ani tworzona, ani niszczona.

Przy przejściu substancji między fazami (stałą, ciekłą, gazową) przenoszenie energii można opisać wzorem:

q = nC_mΔT

q = ciepło, nie = mole, C__m = molowa pojemność cieplna, _Δ__T = zmiana temperatury

Ciepło właściwe = ilość energii potrzebna do podniesienia temperatury 1 kg materiału o 1 stopień Celsjusza

Ciepło właściwe molowe = ilość energii potrzebna do podniesienia temperatury 1 mola materiału o 1 jednostkę

Przykład 1: Oblicz zmianę temperatury wynikającą z dodania 250 J energii cieplnej do 0,50 mola rtęci.

Wizualizuj schemat Systemu Cieplnego i Otoczenia z kierunkiem strzałki w system.

Użyj wzoru: q = nC_mT

Ponieważ zostaniesz poproszony o zmianę temperatury, przestawiasz wzór:

T = q/nC_m

Sprawdź molową pojemność cieplną rtęci: 28,3 J/mol K

T = 250 J/(p.50 mol)(28,3 J/mol K)
T = 17,7 tys

Obliczanie entalpia formacji polega na pisaniu zrównoważonych równań chemicznych i łączeniu zmian entalpii na każdym kroku. Musisz zredukować równania w taki sposób, aby rozwiązać pojedynczy atom z atomu określonego w pytaniu. Proces jest dobrze zdefiniowany w poniższym przykładzie.

Przykład 2: Oblicz zmianę entalpii na mol tlenku węgla dla reakcji tlenku węgla z tlenem w celu uzyskania dwutlenku węgla.

Węgiel spalany z ograniczoną ilością tlenu spowoduje powstanie tlenku węgla (CO), jednak gdy jest wystarczająca ilość tlenu, produktem będzie dwutlenek węgla (CO₂).

2 C (s) --> + O₂ (g) --> 2 CO (g)

ΔH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) --> CO₂ (sol)

ΔH = -393,5 kJ

Zmień pierwsze równanie i odwróć ΔH, a następnie zrównoważ drugie równanie.

2 CO 9g) --> 2 C (s) + O₂ (sol)

ΔH = +221,0 kJ

2 C (s) + 2 O₂ (g) --> 2 CO₂ (sol)

ΔH = (2 mol) (-393,5 kJ) = -787,0 kJ

Anuluj „2 C (s)” i „O₂' z prawej strony pierwszego równania z odpowiednikami po lewej stronie drugiego równania, aby osiągnąć następujące:

2 CO (g) + O₂ (g) --> 2 CO₂ (sol)

ΔH = (221,0 kJ) + (-787,0 kJ) = -566,0 kJ

Ponieważ równanie wymaga 1 mola CO₂, a nie 2, podziel wszystkie części równania przez 2, aby to osiągnąć.

CO (g) + 1/2 O2 (g) --> CO2 (g)

ΔH = -566,0 kJ/2 = -283,0 kJ

Kalorymetria to naukowy pomiar wymiany ciepła z systemu do otoczenia lub odwrotnie. Istnieją dwa rodzaje kalorymetrów; jeden, w którym ciśnienie pozostaje stałe, a drugi, w którym ciśnienie może się zmieniać. W układzie o stałym ciśnieniu, jeśli nastąpiła zmiana objętości, nastąpiła praca rozprężna. Jednym ze scenariuszy, w których może to nastąpić, jest sytuacja, gdy proces chemiczny obejmuje gazy.