Քիմիական ռեակցիայի մեջ էնթալպիա գտնելու 3 եղանակ

2024 Հեղինակ: Jason Gerald | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-19 22:12

Բոլոր քիմիական ռեակցիաներում ջերմությունը կարող է ընդունվել շրջակա միջավայրից կամ արձակվել շրջակա միջավայր: Քիմիական ռեակցիայի և դրա միջավայրի միջև ջերմության փոխանակումը հայտնի է որպես ռեակցիայի էնթալպիա, կամ H. Այնուամենայնիվ, H- ն ուղղակի չափել հնարավոր չէ. ժամանակի ընթացքում (գրված է որպես Հ): H- ով գիտնականը կարող է որոշել, թե արդյոք ռեակցիան տալիս է ջերմություն (կամ «էկզոթերմիկ» է), թե ստանում է ջերմություն (կամ «էնդոթերմիկ»): Ընդհանրապես, H = m x s x T, որտեղ m- ը ռեակտիվների զանգվածն է, s- ը արտադրանքի հատուկ ջերմությունն է, իսկ T- ն ռեակցիայի ջերմաստիճանի փոփոխությունն է:

Քայլ

Մեթոդ 1 -ը ՝ 3 -ից. Էնթալպիայի խնդիրների լուծում

Քայլ 1. Որոշեք ձեր արտադրանքի և ռեակտիվների արձագանքը:

Chemicalանկացած քիմիական ռեակցիա ներառում է երկու քիմիական կատեգորիա `արտադրանք և ռեակտիվ նյութեր: Ապրանքները քիմիական նյութեր են, որոնք առաջանում են ռեակցիաներից, մինչդեռ ռեակտիվները քիմիական նյութեր են, որոնք միավորվում կամ պառակտվում են ՝ արտադրանք արտադրելու համար: Այլ կերպ ասած, ռեակցիայի ռեակտիվ նյութերը նման են սննդի բաղադրատոմսի բաղադրիչներին, մինչդեռ արտադրանքը պատրաստի սնունդն է: Ռեակցիայի H- ը գտնելու համար նախ նշեք ապրանքներն ու ռեակտիվները:

Օրինակ, ասենք, որ մենք գտնելու ենք ջրածնից և թթվածնից ջրի առաջացման համար ռեակցիայի էնթալպիան. 2H₂ (Ydրածին) + O₂ (Թթվածին) → 2H₂O (ջուր): Այս հավասարման մեջ, Հ₂ եւ Օ₂ ռեակտիվն է և Հ₂Օ արտադրանք է:

Քայլ 2. Որոշեք ռեակտիվների ընդհանուր զանգվածը:

Հաջորդը, գտեք ձեր ռեակտիվների զանգվածը: Եթե դուք չգիտեք դրա զանգվածը և չեք կարող այն կշռել գիտական մասշտաբով, կարող եք օգտագործել նրա մոլային զանգվածը `գտնելու իր իրական զանգվածը: Մոլային զանգվածը հաստատուն է, որը կարելի է գտնել կանոնավոր պարբերական համակարգում (միայնակ տարրերի համար) և այլ քիմիական աղբյուրներում (մոլեկուլների և միացությունների համար): Պարզապես բազմապատկեք յուրաքանչյուր ռեակտիվի մոլային զանգվածը մոլերի քանակով, որպեսզի գտնեք ռեակտիվների զանգվածը:

• Exampleրի օրինակում մեր ռեակտիվները ջրածնի և թթվածնի գազեր են, որոնք ունեն 2 գ և 32 գ մոլային զանգվածներ: Քանի որ մենք օգտագործում ենք 2 մոլ ջրածին (դատելով H- ում 2 գործակիցով₂) և 1 մոլ թթվածին (դատելով O- ում գործակիցների բացակայությունից)₂), մենք կարող ենք հաշվարկել ռեակտիվների ընդհանուր զանգվածը հետևյալ կերպ.

  2 × (2 գ) + 1 × (32 գ) = 4 գ + 32 գ = 36 գ

Քայլ 3. Գտեք ձեր արտադրանքի հատուկ ջերմությունը:

Հաջորդը, գտեք այն ապրանքի հատուկ ջերմությունը, որը դուք վերլուծում եք: Յուրաքանչյուր տարր կամ մոլեկուլ ունի որոշակի հատուկ ջերմություն. Այս արժեքը մշտական է և սովորաբար հանդիպում է քիմիայի ուսուցման ռեսուրսներում (օրինակ ՝ քիմիայի դասագրքի հետևի աղյուսակում): Կան տարբեր եղանակներ ՝ որոշակի ջերմություն հաշվարկելու համար, սակայն մեր օգտագործած բանաձևի համար մենք օգտագործում ենք միավորը Joule/gram ° C:

• Նկատի ունեցեք, որ եթե ձեր հավասարումը ունի բազմաթիվ ապրանքներ, ապա ձեզ հարկավոր է հաշվարկել էթալպիան յուրաքանչյուր արտադրանքի արտադրության համար օգտագործվող տարրերի ռեակցիաների համար, այնուհետև դրանք գումարել ՝ արձագանքի ընդհանուր էթալպիան գտնելու համար:
• Մեր օրինակում վերջնական արտադրանքը ջուրն է, որն ունի մոտավորապես որոշակի ջերմություն: 4.2 ջոուլ/գրամ ° C.

Քայլ 4. Գտեք ջերմաստիճանի տարբերությունը արձագանքից հետո:

Հաջորդը, մենք կգտնենք T- ն, ջերմաստիճանի փոփոխությունը արձագանքից առաջ և հետո: Հաշվարկելու համար ռեակցիայի (կամ T1) սկզբնական ջերմաստիճանը հանել ռեակցիայի ավարտից (կամ T2) վերջնական ջերմաստիճանից: Ինչպես քիմիական աշխատանքների մեծ մասում, օգտագործվում է Կելվինի (K) ջերմաստիճանը (չնայած որ Celsius (C) կտա նույն արդյունքը):

• Մեր օրինակի համար, ասենք, որ ռեակցիայի նախնական ջերմաստիճանը 185K է, բայց սառչում է մինչև 95K, երբ ռեակցիան ավարտվում է: Այս խնդրում T- ն հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.

  T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90 հազար

Քայլ 5. Լուծելու համար օգտագործեք H = m x s x T բանաձեւը:

Եթե ունեք m, ռեակտիվների զանգվածը, s, արտադրանքի հատուկ ջերմությունը և T, ռեակցիայի ջերմաստիճանի փոփոխությունը, ապա պատրաստ եք գտնել ռեակցիայի էթալպիան: Միացրեք ձեր արժեքները H = m x s x T բանաձևին և բազմապատկեք ՝ լուծելու համար: Ձեր պատասխանը գրված է էներգիայի միավորներով, այն է ՝ ouոուլ ()):

• Մեր օրինակի խնդրի համար ռեակցիայի էնթալպիան հետևյալն է.

  H = (36 գ) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608

Քայլ 6. Որոշեք ՝ ձեր արձագանքը էներգիա է ստանում, թե կորցնում:

Տարբեր ռեակցիաների համար H- ի հաշվարկման ամենատարածված պատճառներից մեկն այն է, որ որոշվի ՝ արդյոք ռեակցիան էկզոթերմիկ է (կորցնում է էներգիան և ազատում ջերմությունը), թե էնդոթերմիկ է (էներգիա է ստանում և կլանում ջերմությունը): Եթե H- ի ձեր վերջնական պատասխանի նշանը դրական է, ապա ռեակցիան էնդոթերմիկ է: Մինչդեռ, եթե նշանը բացասական է, արձագանքը էկզոթերմիկ է: Որքան մեծ է թիվը, այնքան մեծ է էկզո- կամ էնդոթերմիկ ռեակցիան: Exգույշ եղեք ուժեղ էկզոթերմիկ ռեակցիաներից `դրանք երբեմն ազատում են մեծ քանակությամբ էներգիա, որը, եթե շատ արագ արձակվի, կարող է պայթյունի պատճառ դառնալ:

Մեր օրինակում վերջնական պատասխանը -13608J է: Քանի որ նշանը բացասական է, մենք գիտենք, որ մեր արձագանքը դա է էկզոտերմիկ. Սա իմաստ ունի - Հ₂ եւ Օ₂ գազ է, մինչդեռ Հ₂O, արտադրանքը, հեղուկ է: Տաք գազը (գոլորշու տեսքով) պետք է էներգիա արտանետի շրջակա միջավայր ջերմության տեսքով, այն սառչի ՝ հեղուկ ձևավորելու համար, այսինքն ՝ H ձևավորման արձագանքը:₂O- ն էկզոթերմիկ է:

Մեթոդ 2 3 -ից. Էնթալպիայի չափի գնահատում

Քայլ 1. Էնթալպիան գնահատելու համար օգտագործեք կապի էներգիան:

Գրեթե բոլոր քիմիական ռեակցիաները ներառում են ատոմների միջև կապերի ձևավորում կամ խզում: Քանի որ քիմիական ռեակցիաներում էներգիան չի կարող ոչնչացվել կամ ստեղծվել, եթե գիտենք էներգիայի այն քանակը, որն անհրաժեշտ է ռեակցիայի մեջ կապեր ձևավորելու կամ քանդելու համար, մենք կարող ենք ընդհանուր ռեակցիայի էթալպիայի փոփոխությունը բարձր ճշգրտությամբ գնահատել ՝ այդ կապը գումարելով: էներգիաները:

• Օրինակ, ռեակցիան օգտագործեց Հ₂ + Ֆ₂ → 2HF Այս հավասարման մեջ H մոլեկուլում H ատոմները քայքայելու համար պահանջվող էներգիան է₂ 436 կJ/մոլ է, մինչդեռ F- ի համար պահանջվող էներգիան₂ կազմում է 158 կJ/մոլ: Ի վերջո, H և F- ից HF ձևավորելու համար պահանջվող էներգիան = -568 կJ/մոլ է: Մենք բազմապատկում ենք 2 -ով, քանի որ հավասարման արտադրանքը 2 HF է, ուստի դա 2 × -568 = -1136 կJ/մոլ է: Նրանց բոլորը միասին ավելացնելով ՝ մենք ստանում ենք.

  436 + 158 + -1136 = - 542 կJ/մոլ.

Քայլ 2. Էնթալպիան գնահատելու համար օգտագործեք ձևավորման էնթալպիան:

Ձևավորման էնթալպիան H արժեքների ամբողջություն է, որը ներկայացնում է քիմիական նյութ արտադրելու ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը: Եթե գիտեք ձևավորման էնթալպիան, որը պահանջվում է հավասարման մեջ արտադրանք և ռեակտիվներ արտադրելու համար, կարող եք դրանք ավելացնել ՝ էնթալպիան գնահատելու համար, ինչպես վերը նկարագրված կապի էներգիան:

• Օրինակ, հավասարումը, որն օգտագործվում է C₂Հ₅ՕՀ + 3 Օ₂ CO 2CO₂ + 3H₂O. Այս հավասարման մեջ մենք գիտենք, որ հետևյալ ռեակցիայի ձևավորման էթալպիան հետևյալն է.

  Գ₂Հ₅OH → 2C + 3H₂ +0.5 Օ₂ = 228 կJ/մոլ

  2C + 2O₂ CO 2CO₂ = -394 2 = -788 կJ/մոլ

  3H₂ +1.5 Օ₂ → 3 ժամ₂O = -286 × 3 = -858 կJ/մոլ

  Քանի որ մենք կարող ենք գումարել այս հավասարումները ՝ ստանալով C₂Հ₅ՕՀ + 3 Օ₂ CO 2CO₂ + 3H₂Օ, այն ռեակցիայի արդյունքում, որը մենք փորձում ենք գտնել էնթալպիան, մեզ անհրաժեշտ է միայն գումարել վերևի ձևավորման ռեակցիայի էնթալպիան ՝ այս ռեակցիայի էնթալպիան գտնելու համար.

  228 + -788 + -858 = - 1418 կJ/մոլ.

Քայլ 3. Չմոռանաք փոխել նշանը հավասարումը շրջելիս:

Կարևոր է նշել, որ երբ ձևավորման էթալպիան օգտագործում եք ռեակցիայի էնթալպիան հաշվարկելու համար, դուք պետք է փոխեք ձևավորման էնթալպիայի նշանը, երբ տարրերի արձագանքի հավասարումը հակադարձեք: Այլ կերպ ասած, եթե հակադարձեք ռեակցիայի ձևավորման ձեր մեկ կամ մի քանի հավասարումներ այնպես, որ արտադրանքներն ու ռեակտիվները չեղարկեն միմյանց, փոխեք ձեր փոխանակման ձևավորման ռեակցիայի էնթալպիայի նշանը:

Վերոնշյալ օրինակում նշեք, որ գոյացման ռեակցիան, որը մենք օգտագործել ենք C- ի համար₂Հ₅ՕՀ գլխիվայր: Գ₂Հ₅OH → 2C + 3H₂ +0.5 Օ₂ ցույց տալ Գ₂Հ₅OH- ն պառակտված է, չի ձևավորվում: Քանի որ մենք փոխեցինք այս հավասարումը այնպես, որ արտադրանքներն ու ռեակտիվ նյութերը չեղյալ հայտարարեն միմյանց, մենք փոխեցինք ձևավորման էնթալպիայի նշանը `տալով 228 կJ/մոլ: Փաստորեն, Գ – ի համար առաջացման էնթալպիան₂Հ₅OH- ն 228 կJ/մոլ է:

3 -րդ մեթոդ 3 -ից. Փորձերի էթալպիայի փոփոխության դիտում

Քայլ 1. Վերցրեք մաքուր տարա և լցրեք այն ջրով:

Պարզ փորձով հեշտ է տեսնել էնթալպիայի սկզբունքը: Ապահովելու համար, որ ձեր փորձարարական ռեակցիան աղտոտված չէ արտաքին նյութերով, մաքրեք և ստերիլիզացրեք այն տարաները, որոնք մտադիր եք օգտագործել: Գիտնականները էթալպիան չափելու համար օգտագործում են հատուկ կնքված տարաներ, որոնք կոչվում են կալորիմետրեր, սակայն լավ արդյունքներ կարող եք ստանալ ցանկացած ապակու կամ փոքր փորձանոթով: Ինչ կոնտեյներ էլ օգտագործեք, լցրեք այն մաքուր, սենյակային ջերմաստիճանի ջրով: Դուք նաև պետք է փորձարկեք ցուրտ ջերմաստիճան ունեցող սենյակում:

Այս փորձի համար ձեզ հարկավոր կլինի բավականին փոքր տարա: Մենք ուսումնասիրելու ենք Ալկա-Սելցեր էթալպիայի փոփոխության ազդեցությունը ջրի վրա, ուստի որքան քիչ ջուր օգտագործեք, այնքան ավելի ցայտուն կլինի ջերմաստիճանի փոփոխությունը:

Քայլ 2. Տեղադրեք ջերմաչափը տարայի մեջ:

Վերցրեք ջերմաչափ և դրեք այն տարայի մեջ, որպեսզի ջերմաչափի ծայրը ջրի տակ լինի: Կարդացեք ջրի ջերմաստիճանը. Մեր նպատակների համար ջրի ջերմաստիճանը նշվում է T1- ով `ռեակցիայի սկզբնական ջերմաստիճանը:

Ենթադրենք, մենք չափում ենք ջրի ջերմաստիճանը, և արդյունքը 10 աստիճան C է: Մի քանի քայլով մենք կօգտագործենք այս ջերմաստիճանի ցուցանիշները `ապացուցելու էթալպիայի սկզբունքը:

Քայլ 3. Կոնտեյների մեջ ավելացրեք մեկ Alka-Seltzer:

Երբ պատրաստ կլինեք սկսել փորձը, գցեք Alka-Seltzer ջուրը: Անմիջապես կնկատեք, որ հացահատիկը պղպջում է և սուլում: Երբ ուլունքները լուծվում են ջրում, դրանք քայքայվում են քիմիական երկածխաթթվային (HCO):₃^-) և կիտրոնաթթու (որն արձագանքում է ջրածնի իոնների տեսքով, Հ⁺): Այս քիմիական նյութերն արձագանքում են 3HCO հավասարման մեջ ջրի և ածխածնի երկօքսիդի գազի ձևավորմանը₃⁻ + 3H⁺ → 3 ժամ₂O + 3CO₂.

Քայլ 4. Չափել ջերմաստիճանը, երբ ռեակցիան ավարտված է:

Դիտեք, թե ինչպես է ընթանում արձագանքը. Ալկա -Սելցեր հատիկները դանդաղորեն կլուծվեն: Հացահատիկի ռեակցիայի ավարտից (կամ դանդաղեցումից) հետո նորից չափեք ջերմաստիճանը: Shouldուրը պետք է ավելի սառը լինի, քան նախկինում: Եթե դա ավելի տաք է, փորձի վրա կարող են ազդել արտաքին ուժերը (օրինակ, եթե սենյակը, որտեղ դուք գտնվում եք, տաք է):

Մեր փորձարարական օրինակի համար, ենթադրենք, ջրի ջերմաստիճանը 8 աստիճան C է, երբ հատիկները դադարում են փրփրելուց:

Քայլ 5. Գնահատեք ռեակցիայի էնթալպիան:

Իդեալական փորձի ժամանակ, երբ Ալկա-Սելցեր հատիկը ջրի մեջ ես գցում, այն ձևավորում է ջուր և ածխաթթու գազ (գազը կարող է դիտվել որպես սուլիչ պղպջակ) և առաջացնում է ջրի ջերմաստիճանի անկում: Այս տեղեկատվությունից մենք ենթադրում ենք, որ ռեակցիան էնդոթերմիկ է, այսինքն ՝ այն կլանում է էներգիան շրջակա միջավայրից: Լուծարված հեղուկ ռեակտիվները լրացուցիչ էներգիա են պահանջում գազային արտադրանք արտադրելու համար, ուստի նրանք կլանում են էներգիան շրջակա միջավայրի ջերմության տեսքով (այս փորձի մեջ `ջուր): Սա հանգեցնում է ջրի ջերմաստիճանի նվազմանը:

Մեր փորձնական օրինակում ջրի ջերմաստիճանը Ալկա-Սելցեր ավելացնելուց հետո իջել է երկու աստիճանով: Սա համապատասխանում է մեղմ էնդոթերմիկ ռեակցիայի, որը մենք կսպասեինք: