Как да намерим реакция на енталпия

По време на химични реакции, абсорбция или освобождаване на топлина в околната среда. Такъв топлообмен между химическата реакция и околната среда се нарича enthalpy или h. Въпреки това е невъзможно да се измерва директно enthalpy, затова е обичайно да се изчисли промяната в температурата на околната среда (обозначена ΔH). ΔH показва, че по време на химическата реакция се освобождава топлина (екзотермична реакция) или топлинна абсорбция (ендотермична реакция). Enthalpy се изчислява: ΔH = m x s x Δt, където m е масата на реагентите, s е топлинният капацитет на реакционния продукт, Δt - промяна на температурата в резултат на реакцията.

Стъпка

Метод 1 от 3:

Решаване на задачи за енталпия

един. Определете реагентите и реакционните продукти. Всяка химична реакция има реагенти и реакционни продукти. Реакционен продукт Създаден В резултат на взаимодействието на реагентите. С други думи, реагентите са съставки в рецептата, а реакционният продукт е готово направено ястие. За да намерите ΔH реакция, трябва да знаете реагенти и реакционни продукти.

Например, е необходимо да се намери енталпия реакция на водата, реакция от водород и кислород: 2H₂ (водород) + o₂ (кислород) → 2h₂O (вода). В тази реакция Х₂ и О₂ - Реагенти и Х₂О - реакция на продукта.

Изображението, озаглавено Изчислете енталпия на химична реакция стъпка 2

2. Определят общата маса на реагентите. След това е необходимо да се изчисли масата на реагентите. Ако не можете да ги претеглите, тогава изчислете молекулното тегло, за да намерите действителното. Молекулното тегло е постоянно, което може да бъде намерено в периодичната таблица на Менделеев или в други таблици на молекули и връзки. Умножете масата на всеки реагент към броя на белите.

В нашия пример реагенти за водород и кислород имат съответно молекулни тегла 2 g и 32 g. Тъй като използваме 2 стена от водород (коефициентът в химическата реакция към водород h₂) и 1 мол кислород (без коефициент преди O₂ обозначава 1 mol), след това общата маса на реагентите се изчислява, както следва:
2 × (2 g) + 1 × (32 g) = 4 g + 32 g = 36 G

Изображение, озаглавено Изчислете енталпията на химична реакция стъпка 3

3. Определете топлинния капацитет на продукта. След това определете топлинния капацитет на реакционния продукт. Всяка молекула има определено количество топлинен капацитет, който е постоянен. Намерете това постоянно в таблиците на учебника по химия. Има няколко единици за измерване на топлинна мощност - в нашите изчисления ще използваме J / G ° C.

Имайте предвид, че в присъствието на няколко реакционни продукти ще трябва да изчислите топлинния капацитет на всеки и след това да ги сгънете, за да получите енталпия на цялата реакция.

В нашия пример реакционният продукт е вода, която има топлинен капацитет 4.2 J / G ° C.

Изображението, озаглавено Изчислете енталпията на химична реакция стъпка 4

4. Намерете промяна в температурата. Сега ще намерим Δt - температурната разлика преди и след реакцията. От началната температура (T1), приспадане на крайната температура (T2). Най-често в областта на химията, се използва скалата на ЦЕЛВИН (k) (въпреки че скалата на Целзий (° C) ще бъде същия резултат).

В нашия пример, нека да приемем, че първоначалната реакционна температура е 185 k, а след реакцията тя стана 95 k, това означава, че Δt се изчислява, както следва:
Δt = t2 - t1 = 95 k - 185 k = -90 К

Изображение, озаглавено Изчислете енталпия на химична реакция стъпка 5

пет. Намерете енталпия с формулата ΔH = М Х С x Δt. Ако m е маса от реагенти, S е топлинният капацитет на реакционния продукт и Δt - промяна в температурата, след което можете да изчислите енталпия на реакцията. Подготвените стойности във формулата ΔH = М Х С x Δt и вземете enthalpy. Резултатът се изчислява в джоули (j).

В нашия пример е ethalpy се изчислява така:
ΔH = (36 g) × (4.2 JK - 1 g - 1) × (-90 k) =-13608 J

Изображение, озаглавено Изчислете енталпия на химична реакция стъпка 6

6. Определете дали енергията по време на разглежданата реакция се освобождава или абсорбира. Една от най-често срещаните причини, за които ΔH е необходима на практика, е да се установи дали реакцията е екзотермична (топлинно освобождаване и намаляване на енергичната енергия) или ендотермична (поглъщане на топлина от околната среда и увеличаване на енергиите). Ако стойността на ΔH е положителна, това означава, че реакцията е ендотермична. Ако това означава, че реакцията е екзотермична. Колкото по-голяма е абсолютната стойност на Δh, толкова повече енергия се освобождава или абсорбира. Бъдете внимателни, ако ще прекарате практически опит: по време на реакции с висока стойност на енталпия може да се случи много енергийно освобождаване и ако продължава бързо, тя може да доведе до експлозия.

В нашия пример крайният резултат е равен на -13608 J. Преди значението на енталпия, отрицателен знак, което означава, че реакцията Екзотермични. Горещи газове (като чифт) h₂ и О₂ Трябва да има определено количество топлина за образуване на водна молекула, т.е. образуването на Н₂O е екзотермично.

Метод 2 от 3:

Оценка на енталпия

един. Изчислете енергията на оценката на енталпията. Почти всички химически реакции водят до счупване на някои връзки и образуването на други. Енергията в резултат на реакцията не се случва никъде и не унищожава: това е енергията, която е необходима за почивката или образуването на тези връзки. Следователно промяната в енталпията на цялата реакция може да бъде доста точна чрез сумиране на енергията на тези връзки.

Например, помислете за реакцията: h₂ + Е₂ → 2HF. В този случай, енергията за прекъсване на връзката в H молекулата₂ е 436 kJ / mol и енергия за пролука F₂ е 158 kJ / mol. Накрая, енергията, необходима за образуването на комуникация в HF молекулата от Н и F = -568 KJ / mol. Умножете последната стойност с 2, тъй като по време на реакцията получаваме 2 mol HF: 2 х -568 = -1136 kJ / mol. Сгънете стойностите:
436 + 158 + (-1136) = -542 kJ / mol.

Изображението, озаглавено Изчислете енталпия на етап 8 на химична реакция 8

2. Използвайте Enthalpy образование за оценка на енталпия. Образованието enthalpy ви позволява да изчислите ΔH чрез изчисляването на реагентите и продуктите. Ако енталпията на образуването на реакцията и реакционните продукти е известна, тогава можете да оцените енталпията като цяло, като при добавянето, както в случая на разгледаната по-горе енергия.

Например, помислете следната реакция: c₂Х_петОН + 3о₂ → 2co₂ + 3h₂О. Знаем, че е ethalpy образование:
° С₂Х_петО, → 2C + 3H₂ + 0.5o₂ = 228 kJ / mol
2C + 2O₂ → 2co₂ = -394 × 2 = -788 kJ / mole
3h₂ + един.5 О₂ → 3h₂O = -286 × 3 = -858 kJ / mole
Сега е необходимо да се образуват стойностите на образуваните по-горе вещества, за да се определи енталпията на реакцията: С₂Х_петОН + 3о₂ → 2co₂ + 3h₂О,
228 + -788 + -858 = -1418 kJ / mol.

Изображение, озаглавено Изчислете енталпия на етап 9 на химична реакция 9

3. Не забравяйте за знаците преди стойностите на enthalpy. При изчисляване на енталпия от образователна формула за определяне на енталпията на реакцията на продукта, вие се обръщате и знакът на енталпия трябва да се промени. С други думи, ако включите формулата, знакът на енталпия трябва да се промени на обратното.

В примера имайте предвид, че реакцията на образуване на продукта c₂Х_петО, записан напротив. ° С₂Х_петО, → 2C + 3H₂ + 0.5o₂ Това е С₂Х_петО, дезинтегрира, не се синтезира. Следователно, знакът преди енталпия в такава реакция е положителен, 228 kJ / mol, въпреки че енталпия на образование c₂Х_петОН е -228 kJ / mol.

Метод 3 от 3:

Наблюдение на енталпия по време на експеримента

един. Вземете чист капацитет и се налива вода там. Вижте принципите на enthalpy в действие не е трудно - достатъчно е да се извърши прост опит. Необходимо е резултатът от експеримента да не засяга чуждестранните замърсители, така че контейнерът трябва да бъде измит и стерилизиран. Acaduses за измерване на енталпия Използвайте специални затворени контейнери - калориметри, но е подходящо за стъклено стъкло или колба. Напълнете капацитета на чистата вода температура вода вода. Препоръчително е да се извърши експеримент в хладно помещение.

За експеримента е препоръчително да се използва малък контейнер. Следователно ще разгледаме енталпията на реакцията на водата от Alca-Seltzer, като по-малка се използва водата, толкова по-очевидно има промяна на температурата.

Изображение, озаглавено Изчислете енталпия на херметична реакция стъпка 11

2. Поставете термометъра в контейнера. Вземете термометъра и го спуснете в контейнер с вода, така че границата на четене на температурата да е под нивото на водата. Отстранете показанията на термометъра - това ще бъде началната температура, t1.

Да предположим, че температурата на водата е 10 ° C. Ще използваме тази стойност, за да демонстрираме принципите на enthalpy.

Изображението, озаглавено Изчислете енталпия на химична реакция стъпка 12

3. Добавете една таблетка "ALKA-ZELTZER" към контейнера. Готов за започване на опит? Хвърли една таблетка "ALKA-SELTZER". Тя веднага започва да балон и съскане. Това се дължи на реакцията между бикарбонат (HCO₃) и лимонова киселина (Н). В резултат на това водата и въглеродният диоксид се образуват с формула: 3HCO₃ + 3H → 3H₂O + 3co₂.

Изображение, озаглавено Изчислете енталпия от химическа реакция стъпка 13

4. Измерване на крайната температура. Гледайте курса на реакцията: таблетката "Alca-seltzer" постепенно ще се разтвори. Когато се разтваря напълно, измерете отново температурата отново. Водата трябва да е малко по-студена. Ако температурата на водата е по-висока, това означава, че експериментът е възпрепятстван от някои външни фактори (например твърде топла стая, където е проведен експеримент).

Да предположим, че температурата е 8 ° C.

Изображение, озаглавено Изчислете енталпия на химическа реакция стъпка 14

пет. Изчисляване на енталпията на реакцията. Когато се образува таблетката "ALKA-SELTZER", която реагира с вода, вода и въглероден диоксид (самият мехурчета) и намаление на температурата (това е резултатът, който трябва да се случи, ако опитът е преминал успешно). Може да се заключи, че тази химическа реакция е ендотермична, т.е. тя е придружена от абсорбцията на енергия от околната среда - в този случай, t. В резултат на това температурата на водата намалява.

В нашия експеримент температурата на водата намалява с две градуса. Това е в съответствие с теорията: реакцията на разтваряне "ALKA-SELTZER" във водния ендотермичен и е придружен от малка абсорбция на енергия.

Съвети

В изчисленията се използва скалата на Celvin (K) - това е температурна скала, аналогична по Целзий и често се използва в химията и физиката. За да преведете стойността на градуса по Целзий в Келвин, е необходимо да се добавят или изваждат 273 градуса: k = ° C + 273.