Як розрахувати зміну ентальпії

Зміна ентальпії реакції - це кількість теплоти, яка поглинається або виділяється в процесі реакції, якщо це відбувається при постійному тиску. Ви виконуєте розрахунок різними способами залежно від конкретної ситуації та наявної інформації. Для багатьох розрахунків закон Гесса є ключовою інформацією, яку потрібно використовувати, але якщо ви знаєте ентальпію продуктів та реагентів, розрахунок набагато простіший.

TL; ДР (занадто довгий; Не читав)

Ви можете розрахувати зміни в ентальпії, використовуючи просту формулу: ∆H = H_{продуктів} - Ч._{реагенти}

Точне визначення ентальпії (H) - це сума внутрішньої енергії (U) плюс добуток тиску (P) та об'єму (V). У символах це:

H = U + PV

Отже, зміна ентальпії (∆H):

∆H = ∆U + ∆P∆V

Де дельта-символ (∆) означає "змінити". На практиці тиск підтримується постійним, і вищенаведене рівняння краще показати як:

∆H = ∆U + P∆V

Однак для постійного тиску зміна ентальпії - це просто передана теплота (q):

∆H = q

Якщо (q) позитивне, реакція є ендотермічною (тобто поглинає тепло з навколишнього середовища), а якщо негативною, реакція екзотермічна (тобто виділяє тепло в своє оточення). Ентальпія має одиниці кДж / моль або Дж / моль, або загалом, енергію / масу. Наведені рівняння дійсно пов'язані з фізикою теплового потоку та енергії: термодинамікою.

Найпростіший спосіб розрахунку зміни ентальпії використовує ентальпію продуктів та реагентів. Якщо ви знаєте ці величини, використовуйте наступну формулу, щоб визначити загальну зміну:

∆H = H_{продуктів} - Ч._{реагенти}

Додавання іона натрію до хлоридного іона з утворенням хлориду натрію є прикладом реакції, яку ви можете розрахувати таким чином. Іонний натрій має ентальпію -239,7 кДж / моль, а хлористий іон ентальпію -167,4 кДж / моль. Хлорид натрію (кухонна сіль) має ентальпію -411 кДж / моль. Вставка цих значень дає:

∆H = -411 кДж / моль - (-239,7 кДж / моль -167,4 кДж / моль)

= −411 кДж / моль - (−407,1 кДж / моль)

= −411 кДж / моль + 407,1 кДж / моль = −3,9 кДж / моль

Отже, утворення солі виділяє майже 4 кДж енергії на моль.

Коли речовина переходить із твердої речовини у рідку, рідина у газ або тверда речовина у газ, у цих змінах беруть участь специфічні ентальпії. Ентальпія (або прихована теплота) плавлення описує перехід від твердої речовини до рідкої (реверс мінус це значення і називається ентальпією плавлення), ентальпія випаровування описує перехід від рідини до газу (а навпаки - конденсація), а ентальпія сублімації описує перехід від твердої речовини до газу (реверс знову називають ентальпією конденсації).

Для води ентальпія плавлення становить ∆H_{плавлення} = 6,007 кДж / моль. Уявіть, що ви нагріваєте лід від 250 Кельвінів, поки він не розтане, а потім нагріваєте воду до 300 К. Зміна ентальпії для нагрівальних деталей - це просто необхідне тепло, тому ви можете знайти це за допомогою:

∆H = nC∆T

Де (n) - кількість родимок, (∆T) - зміна температурного режиму, а (C) - питома теплоємність. Питома теплота льоду становить 38,1 Дж / К моль, а питома теплота води - 75,4 Дж / К моль. Тож розрахунок відбувається у декілька частин. По-перше, лід потрібно нагріти від 250 K до 273 K (тобто від -23 ° C до 0 ° C). Для 5 молей льоду це:

∆H = nC∆T

= 5 моль × 38,1 Дж / К моль × 23 K

= 4,382 кДж

Тепер помножте ентальпію плавлення на кількість родимок:

∆H = n ∆H_{плавлення}

= 5 моль × 6,007 кДж / моль

= 30,035 кДж

Розрахунки для випаровування однакові, за винятком ентальпії випаровування замість плавлячої. Нарешті, розрахуйте остаточну фазу нагрівання (від 273 до 300 К) так само, як і першу:

∆H = nC∆T

= 5 моль × 75,4 Дж / К моль × 27 K

= 10,179 кДж

Підсумуйте ці частини, щоб знайти загальну зміну ентальпії для реакції:

∆H_усього = 10,179 кДж + 30,035 кДж + 4,382 кДж

= 44,596 кДж

Закон Гесса корисний, коли реакція, яку ви розглядаєте, складається з двох або більше частин і ви хочете знайти загальну зміну ентальпії. У ньому зазначено, що зміна ентальпії для реакції або процесу не залежить від шляху, по якому вона відбувається. Це означає, що якщо реакція перетворюється на речовину в іншу, не має значення, чи відбувається реакція в один етап (реагенти стають продуктами негайно) або чи проходить він багато етапів (реагенти стають посередниками, а потім перетворюються на продукти), результуюча зміна ентальпії однакова у обидва випадки.

Зазвичай допомагає скласти діаграму (див. Ресурси), яка допоможе вам використовувати цей закон. Одним з прикладів є те, що якщо ви починаєте з шести молей вуглецю, поєднаних з трьома воднем, вони згоряють, поєднуючись з киснем як проміжний етап, а потім утворюють бензол як кінцевий продукт.

Закон Гесса стверджує, що зміна ентальпії реакції є сумою змін в ентальпії обох частин. У цьому випадку при згорянні одного моля вуглецю ∆H = −394 кДж / моль (це відбувається шість разів у реакції), зміна ентальпії при згорянні одного моля газу водню становить hydrogenH = −286 кДж / моль (це трапляється тричі), а посередники вуглекислого газу та води перетворюються на бензол із зміною ентальпії ∆H = +3,267 кДж / моль

Візьміть суму цих змін, щоб знайти загальну зміну ентальпії, пам’ятаючи помножити кожну на кількість родимок, необхідних на першій стадії реакції:

∆H_усього = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 кДж / моль