Поділитися:
Що таке ентальпія?
The ентальпія це міра кількості енергії, що міститься в тілі (системі), що має об'єм, знаходиться під тиском і може бути замінено на навколишнє середовище. Вона представлена буквою H. Фізична одиниця, пов'язана з нею, - це липень (J = kgm2 / s2).
Математично її можна виразити таким чином:
H = U + PV
Де:
H = Ентальпія
U = Внутрішня енергія системи
P = тиск
V = Обсяг
Якщо обидва U і P і V є функціями стану, то H буде також. Це пояснюється тим, що в даний момент можна дати кінцеві та початкові умови змінної, які будуть вивчені в системі.
Індекс
- 1 Яка ентальпія тренування?
- 1.1 Приклад
- 1.2 Екзотермічні та ендотермічні реакції
- 2 Вправи для розрахунку ентальпії
- 2.1 Вправа 1
- 2.2 Вправа 2
- 2.3 Вправа 3
- 3 Посилання
Що таке ентальпія тренування?
Це тепло, що поглинається або вивільняється системою, коли 1 моль продукту речовини утворюється з його елементів у їхньому нормальному стані агрегації; тверде, рідке, газоподібне, розчинення або в більш стабільному аллотропном стані.
Найбільш стабільним алотропним станом вуглецю є графіт, крім того, що він перебуває при нормальних умовах тиску 1 атмосфера і температура 25 ° С.
Вона позначається як ΔH ° f. Таким чином:
ΔH ° f = остаточний H - початковий H
Δ: грецька буква, що символізує зміну або зміну енергії кінцевого і початкового стану. Індекс f, означає формування сполуки і верхній індекс або стандартні умови.
Приклад
Враховуючи реакцію утворення рідкої води
H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285,84 кДж / моль
Реагенти: Водень і кисень, його природний стан є газоподібним.
Продукт: 1 моль рідкої води.
Слід зазначити, що ентальпії утворення за визначенням становлять 1 моль виробленого з'єднання, тому реакцію необхідно, якщо можливо, коригувати з дробовими коефіцієнтами, як видно з попереднього прикладу.
Екзотермічні та ендотермічні реакції
В хімічному процесі ентальпія утворення може бути позитивною ΔHof> 0, якщо реакція є ендотермічною, тобто вона поглинає тепло від середовища або негативного ΔHof<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.
Екзотермічна реакція
Реагенти мають більше енергії, ніж продукти.
ΔH ° f <0
Ендотермічна реакція
Реагенти мають меншу енергію, ніж продукти.
ΔH ° f> 0
Щоб правильно написати хімічне рівняння, воно має бути молярно збалансованим. Для того, щоб відповідати "Закону про збереження речовини", він повинен також містити інформацію про фізичний стан реактивів і продуктів, відомий як стан агрегації.
Слід також мати на увазі, що чисті речовини мають ентальпію освіти від нуля до стандартних умов і в їх найбільш стабільній формі.
У хімічній системі, де є реагенти і продукти, ми маємо, що ентальпія реакції дорівнює ентальпії утворення в стандартних умовах.
ΔH ° rxn = ΔH ° f
Беручи до уваги вищесказане, ми повинні:
ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos
Дана наступна фіктивна реакція
aA + bB cC
Де a, b, c - коефіцієнти збалансованого хімічного рівняння.
Вираз для ентальпії реакції:
ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)
Припускаючи, що: a = 2 моль, b = 1 моль і c = 2 моль.
ΔH ° f (A) = 300 КДж / моль, ΔH ° f (B) = -100 КДж / моль, ΔH ° f (C) = -30 KJ. Розрахуйте ΔH ° rxn
ΔH ° rxn = 2моль (-30КДж / моль) - (2моль (300кДж / моль + 1моль (-100КДж / моль) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ
ΔH ° rxn = -560KJ.
Відповідає тоді екзотермічної реакції.
Значення ентальпії для утворення деяких неорганічних і органічних хімічних сполук при 25 ° С і тиску 1 атм
Вправи для розрахунку ентальпії
Вправа 1
Знайти ентальпію реакції NO2 (g) згідно з наступною реакцією:
2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)
Використовуючи рівняння для ентальпії реакції, маємо:
ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos
ΔH ° rxn = 2mol (ΔH ° f NO2) - (2mol ΔH ° f NO + 1mol ΔH ° f O2)
У таблиці в попередньому розділі ми бачимо, що ентальпія освіти для кисню дорівнює 0 КДж / моль, тому що кисень є чистим з'єднанням.
ΔH ° rxn = 2моль (33,18 кДж / моль) - (2моль 90,25 кДж / моль + 1моль 0)
ΔH ° rxn = -114,14 КДж
Інший спосіб розрахунку ентальпії реакції в хімічній системі - це Закон про HESS, запропонований швейцарським хіміком Герменом Генрі Гессом у 1840 році.
Закон говорить: "Енергія, що поглинається або випромінюється в хімічному процесі, в якому реагенти стають продуктами, є такою ж, якщо вона виконується в одній стадії або в декількох".
Вправа 2
Додавання водню до ацетилену з утворенням етану можна здійснювати в одну стадію:
C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311,42 КДж / моль
Або ж це може відбуватися в два етапи:
C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 КДж / моль
H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 KJ / моль
Додаючи обидва рівняння алгебраїчно, ми маємо:
C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 КДж / моль
H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 KJ / моль
C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311,42 КДж / моль
Вправа 3
(Взяті з quimitube.com Вправа 26. Закон Термодинаміки Гесса)
Обчислюють ентальпію окислення етанолу, дають у вигляді оцтової кислоти і водних продуктів, знаючи, що при спалюванні 10 г етанолу виділяється 300 кДж енергії і при спалюванні 10 г оцтової кислоти виділяється 140 кДж енергії.
Як ви можете бачити в постановці проблеми, тільки числові дані з'являються, але хімічні реакції не з'являються, тому їх треба написати \ t.
CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / моль.
Значення негативної ентальпії записується, оскільки проблема говорить про те, що існує енерговиділення. Ви також повинні враховувати, що вони складають 10 грам етанолу, тому ви повинні обчислити енергію для кожного молю етанолу. Для цього виконується наступне:
Досліджується молярна маса етанолу (сума атомних мас), що дорівнює 46 г / моль.
ΔH1 = -300 КДж (46 г) етанолу = - 1380 кДж / моль
10 г етанолу 1моль етанолу
Те ж саме робиться для оцтової кислоти:
CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH2 = -840 KJ / моль
ΔH2 = -140 КДж (60 г оцтової кислоти) = - 840 КДж / моль
10 г оцтової кислоти 1 моль оцтової кислоти.
В описаних вище реакціях описані горіння етанолу та оцтової кислоти, тому необхідно написати формулу задачі, яка полягає в окисленні етанолу до оцтової кислоти з отриманням води.
Ця реакція викликає цю проблему. Це вже збалансоване.
CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 = ?
Застосування Закону Гесса
Для цього ми примножимо термодинамічні рівняння числовим коефіцієнтом, щоб зробити їх алгебраїчними і правильно організувати кожне рівняння. Це робиться, коли один або кілька реагентів не знаходяться на відповідній стороні рівняння.
Перше рівняння залишається незмінним, оскільки етанол знаходиться на стороні реагентів, що вказується рівнянням задачі.
Друге рівняння необхідно помножити на коефіцієнт -1 таким чином, що оцтова кислота, яка є реакційною здатністю, може стати продуктом
CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / моль.
- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / моль)
CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2
-2H2O
Вони додаються алгебраїчно, і це результат: рівняння, що запитується в проблемі.
CH3CH3OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l)
Визначають ентальпію реакції.
Так само, як кожна реакція, помножена на числовий коефіцієнт, також повинна бути помножена величина ентальпій
ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)
ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 кДж / моль
ΔH3 = - 540 кДж / моль.
У попередній вправі етанол представляє дві реакції, згоряння і окислення.
У кожній реакції горіння відбувається утворення CO2 і H2O, а при окисленні первинного спирту, такого як етанол, відбувається утворення оцтової кислоти.
Список літератури
- Седрон, Хуан Карлос, Вікторія Ланда, Хуана Роблес (2011). Загальна хімія Навчальний матеріал Ліма: Університет Католицької церкви дель Перу.
- Хімія Libretexts. Термохімія Взяті з hem.libretexts.org.
- Левін, І. Фізикохімія. vol.2.