Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Определение энтальпии
- Простой расчет изменения энтальпии
- Энтальпия фазовых переходов
- Закон Гесса
Изменение энтальпии реакции - это количество тепла, поглощенного или выделенного в ходе реакции, если оно происходит при постоянном давлении. Вы выполняете вычисления по-разному в зависимости от конкретной ситуации и имеющейся у вас информации. Для многих вычислений закон Гесса является ключевой информацией, которую вам нужно использовать, но если вы знаете энтальпию продуктов и реагентов, вычисление будет намного проще.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Вы можете рассчитать изменения энтальпии, используя простую формулу: ∆H = Hпродукты - Hреагенты
Определение энтальпии
Точное определение энтальпии (H) представляет собой сумму внутренней энергии (U) плюс произведение давления (P) и объема (V). В символах это:
H = U + PV
Следовательно, изменение энтальпии (∆H):
∆H = ∆U + ∆P∆V
Где дельта-символ (∆) означает «изменение». На практике давление поддерживается постоянным, и вышеприведенное уравнение лучше показывать в виде:
∆H = ∆U + P∆V
Однако для постоянного давления изменение энтальпии представляет собой просто тепло (q), передаваемое:
∆H = q
Если (q) положительно, реакция является эндотермической (то есть поглощает тепло из окружающей среды), а если она отрицательна, реакция является экзотермической (то есть выделяет тепло в окружающую среду). Энтальпия имеет единицы кДж / моль или Дж / моль, или, как правило, энергия / масса. Приведенные выше уравнения действительно связаны с физикой теплового потока и энергии: термодинамика.
Простой расчет изменения энтальпии
Наиболее простой способ расчета изменения энтальпии - это энтальпия продуктов и реагентов. Если вам известны эти величины, используйте следующую формулу для определения общего изменения:
∆H = Hпродукты - Hреагенты
Добавление иона натрия к хлорид-иону с образованием хлорида натрия является примером реакции, которую вы можете рассчитать таким образом. Ионный натрий имеет энтальпию -239,7 кДж / моль, а хлорид-ион имеет энтальпию -216,4 кДж / моль. Хлорид натрия (столовая соль) имеет энтальпию -411 кДж / моль. Вставка этих значений дает:
∆ЧАС = −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
Таким образом, образование соли выделяет почти 4 кДж энергии на моль.
Энтальпия фазовых переходов
Когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое, из жидкости в газ или из твердого вещества в газ, в этих изменениях возникают специфические энтальпии. Энтальпия (или скрытая теплота) плавления описывает переход от твердого к жидкому (обратное значение минус это значение и называется энтальпией плавления), энтальпия испарения описывает переход от жидкости к газу (и наоборот - конденсация) и энтальпия сублимации описывает переход от твердого к газу (обратное снова называется энтальпией конденсации).
Для воды энтальпия плавления ΔHплавление = 6,007 кДж / моль. Представьте, что вы нагреваете лед от 250 Кельвинов до тех пор, пока он не растает, а затем нагреваете воду до 300 К. Изменение энтальпии для нагревательных элементов - это просто необходимое тепло, поэтому вы можете найти его, используя:
∆H = nC∆T
Где (n) - число молей, (∆T) - изменение температуры, а (C) - удельная теплоемкость. Удельная теплота льда составляет 38,1 Дж / К моль, а удельная теплоемкость воды - 75,4 Дж / К моль. Итак, расчет происходит в несколько частей. Сначала лед должен быть нагрет от 250 до 273 К (то есть от -23 до 0 ° С). Для 5 молей льда это:
∆H = nC∆T
= 5 моль × 38,1 Дж / К моль × 23 К
= 4,382 кДж
Теперь умножьте энтальпию плавления на число молей:
∆H = n ∆Hплавление
= 5 моль × 6,007 кДж / моль
= 30,035 кДж
Расчеты для испарения те же, за исключением энтальпии испарения вместо плавления. Наконец, рассчитайте конечную фазу нагрева (от 273 до 300 К) так же, как и первую:
∆H = nC∆T
= 5 моль × 75,4 Дж / К моль × 27 К
= 10,179 кДж
Суммируйте эти части, чтобы найти общее изменение энтальпии реакции:
& delta; Hобщее количество = 10,179 кДж + 30,035 кДж + 4,382 кДж
= 44,596 кДж
Закон Гесса
Закон Гесса полезен, когда рассматриваемая реакция состоит из двух или более частей, и вы хотите найти общее изменение энтальпии. В нем говорится, что изменение энтальпии для реакции или процесса не зависит от пути, по которому оно происходит. Это означает, что если реакция превращается в веществе в другое, то не имеет значения, происходит ли реакция за одну стадию (реагенты сразу становятся продуктами) или проходит ли она через много стадий (реагенты становятся посредниками, а затем становятся продуктами), что приводит к изменению энтальпии одинаково в обоих случаях.
Обычно это помогает нарисовать диаграмму (см. Ресурсы), чтобы помочь вам использовать этот закон. Одним из примеров является то, что если вы начнете с шести молей углерода в сочетании с тремя из водорода, они сгорают, чтобы объединиться с кислородом в качестве промежуточной стадии, а затем образуют бензол в качестве конечного продукта.
Закон Гесса гласит, что изменение энтальпии реакции является суммой изменений энтальпии обеих частей. В этом случае сгорание одного моля углерода имеет ∆H = −394 кДж / моль (это происходит шесть раз в реакции), изменение энтальпии при сгорании одного моля газообразного водорода составляет ∆H = −286 кДж. / моль (это происходит три раза), и промежуточные диоксид углерода и вода превращаются в бензол с изменением энтальпии ΔH = +3,267 кДж / моль.
Возьмите сумму этих изменений, чтобы найти общее изменение энтальпии, не забывая умножить каждое из них на число родинок, необходимое на первой стадии реакции:
& delta; Hобщее количество = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267
= 3,267 − 2,364 - 858
= 45 кДж / моль