Как се изчислява промяна на енталпията

Съдържание

• TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
• Определение за Енталпия
• Просто изчисляване на промяна на енталпията
• Енталпия на фазови преходи
• Закон на Хес

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

TL; DR (Твърде дълго; Не четях)

Можете да изчислите промените в енталпията, използвайки простата формула: ∆H = H_{продукти} - З_{реагенти}

Определение за Енталпия

Прецизното определение на енталпията (H) е сумата от вътрешната енергия (U) плюс произведението на налягане (P) и обем (V). В символите това е:

H = U + PV

Промяната в енталпията (∆H) е следователно:

∆H = ∆U + ∆P∆V

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

∆H = ∆U + P∆V

За постоянно налягане обаче промяната на енталпията е просто предаваната топлина (q):

∆H = q

Ако (q) е положителен, реакцията е ендотермична (т.е. поглъща топлина от обкръжението си), 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. Уравненията по-горе са наистина свързани с физиката на топлинния поток и енергия: термодинамика.

Просто изчисляване на промяна на енталпията

Най-основният начин за изчисляване на промяната на енталпията се използва енталпията на продуктите и реагентите. Ако знаете тези количества, използвайте следната формула, за да изработите 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 (трапезна 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.

Енталпия на фазови преходи

Когато веществото се промени от твърдо в течно, течно в газ или в твърдо в газ, има специфични енталпии, участващи в тези промени. Енталпията (или латентната топлина) на топене описва прехода от твърдо в течно (обратното е минус тази стойност и се нарича енталпия на синтеза), енталпията на изпаряването описва прехода от течност към газ (и обратното е кондензация) и енталпията на сублимацията описва прехода от твърдо в газово (обратното отново се нарича енталпия на кондензацията).

За водата енталпията на топене е ∆H_топене = 6,007 kJ / mol. Представете си, че загрявате лед от 250 Kelvin, докато той се стопи, а след това загрявате водата до 300 K. Промяната на енталпията за отоплителните части е само необходимата топлина, така че можете да я намерите чрез:

∆H = nC∆T

Където (n) е броят на молите, (∆T) е промяната в температурите 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 става в няколко части. Първо, ледът трябва да се нагрее от 250 К до 273 К (т.е. от -23 ° С до 0 ° С). 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 същите, с изключение на енталпията на изпаряването на мястото на стопяващата се. И накрая, изчислете крайната фаза на нагряване (от 273 до 300 К) по същия начин като първата:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10.179 kJ

Обобщете тези части, за да намерите пълната промяна в енталпията за реакцията:

АН_{обща сума} = 10.179 kJ + 30.035 kJ + 4.382 kJ

= 44.596 kJ

Закон на Хес

Законът на Хес е полезен, когато реакцията, която обмисляте, има две или повече части и искате да намерите цялостната 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 протича в един етап (реагентите стават продукти веднага) или дали преминава през много стъпки (реагентите стават посредници и след това стават продукти), получената енталпия се променя е едно и също и в двата случая.

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

Законът на Хес гласи, че промяната в енталпията на реакцията е сборът 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 при изгарянето на един мол водороден газ е ∆H = −286 kJ / mol (това се случва три пъти) и посредниците на въглеродния диоксид и водата стават бензен с промяна на енталпията ∆H = +3 267 kJ / mol.

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

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

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol