Як знайти ентальпію реакції

Під час хімічних реакцій відбувається поглинання або виділення тепла в навколишнє середовище. Такий теплообмін між хімічною реакцією і навколишнім середовищем називається ентальпії, або H. Однак виміряти ентальпію безпосередньо неможливо, тому прийнято розраховувати зміна температури навколишнього середовища (що позначається ΔH). ΔH показує, що в ході хімічної реакції відбувається виділення тепла в навколишнє середовище (екзотермічна реакція) або поглинання тепла (ендотермічна реакція). Розраховується ентальпія так: ΔH = m x s x ΔT, де m - маса реагентів, s - теплоємність продукту реакції, ΔT - зміна температури в результаті реакції.

кроки

Метод 1 з 3:

Рішення задач на ентальпію

1. Визначте реагенти і продукти реакції. Будь-яка хімічна реакція має реагенти і продукти реакції. продукт реакції створюється в результаті взаємодії реагентів. Іншими словами реагенти - це інгредієнти в рецепті, а продукт реакції - це готову страву. Щоб знайти ΔH реакції, необхідно знати реагенти і продукти реакції.

Наприклад, необхідно знайти ентальпію реакції утворення води з водню і кисню: 2H₂ (Водень) + O₂ (Кисень) → 2H₂O (вода). У цій реакції H₂ і O₂ - реагенти, а H₂O - продукт реакції.

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 2

2. Визначте загальну масу реагентів. Далі необхідно підрахувати масу реагентів. Якщо ви не можете зважити їх, то підрахуйте молекулярну масу, щоб знайти фактичну. Молекулярна маса - це постійна, яку можна знайти в періодичній таблиці Менделєєва або в інших таблицях молекул і з`єднань. Помножте масу кожного реагенту на число молей.

У нашому прикладі реагенти водень і кисень мають молекулярні маси 2 г і 32 г відповідно. Оскільки ми використовуємо 2 моль водню (коефіцієнт в хімічній реакції перед воднем H₂) І 1 моль кисню (відсутність коефіцієнта перед O₂ позначає 1 моль), то загальна маса реагентів розраховується наступним чином:
2 × (2 г) + 1 × (32 г) = 4 г + 32 г = 36 г

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 3

3. Визначте теплоємність продукту. Далі визначте теплоємність продукту реакції. Кожна молекула має певну величину теплоємності, яка є постійною. Знайдіть цю постійну в таблицях підручника з хімії. Існує кілька одиниць вимірювання теплоемкості- в наших розрахунках ми будемо використовувати Дж / г ° C.

Зверніть увагу на те, що при наявності декількох продуктів реакції вам буде потрібно розрахувати теплоємність кожного, а потім скласти їх, щоб отримати ентальпію всієї реакції.

У нашому прикладі, продукт реакції - вода, яка має теплоємність 4,2 Дж / г ° C.

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 4

4. Знайдіть зміна температури. Тепер ми знайдемо ΔT - різницю температур до і після реакції. З початкової температури (T1) відніміть кінцеву температуру (T2). Найчастіше в задачах з хімії використовується шкала Кельвіна (К) (хоча за шкалою Цельсія (° С) вийде той же результат).

У нашому прикладі давайте припустимо, що початкова температура реакції була 185 K, а після реакції стала 95 K, значить, ΔT обчислюється так:
ΔT = T2 - T1 = 95 K - 185 K = -90 K

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 5

5. Знайдіть ентальпію за формулою ΔH = m x s x ΔT. Якщо відома m - маса реагентів, s - теплоємність продукту реакції і ΔT - зміна температури, то можна підрахувати ентальпію реакції. Підставте значення в формулу ΔH = m x s x ΔT і отримаєте ентальпію. Результат обчислюється в Джоулях (Дж).

У нашому прикладі ентальпія обчислюється так:
ΔH = (36 г) × (4,2 ДжK - 1 г - 1) × (-90 K) =-13608 Дж

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 6

6. Визначте, виділяється або поглинається енергія в ході даної реакції. Одна з найпоширеніших причин, по якій потрібно обчислити ΔH на практиці, - дізнатися, чи буде реакція екзотермічної (виділення тепла і зниження власної енергії) або ендотермічної (поглинання тепла з навколишнього середовища і підвищення власної енергії). Якщо значення ΔH позитивне, значить, реакція ендотермічна. Якщо негативне, значить, реакція екзотермічна. Чим більше абсолютне значення ΔH, тим більше енергії виділяється або поглинається. Будьте обережні, якщо збираєтеся проводити практичний досвід: під час реакцій з високим значенням ентальпії може статися велика вивільнення енергії, і якщо воно протікає швидко, то може привести до вибуху.

У нашому прикладі кінцевий результат вийшов рівним -13608 Дж. Перед значенням ентальпії негативний знак, а це означає, що реакція екзотермічна. Гарячі гази (у вигляді пари) H₂ і O₂ повинні виділити кілька тепла, щоб утворити молекулу води, тобто реакція освіти H₂O є екзотермічної.

Метод 2 з 3:

оцінка ентальпії

1. Підрахуйте енергію зв`язків для оцінки ентальпії. Майже всі хімічні реакції приводять до розриву одних зв`язків і утворення інших. Енергія в результаті реакції не виникає нізвідки і не руйнується: це та енергія, яка потрібна для розриву або утворення цих зв`язків. Тому зміна ентальпії всій реакції можна досить точно оцінити шляхом підсумовування енергії цих зв`язків.

Наприклад, розглянемо реакцію: H₂ + F₂ → 2HF. В цьому випадку, енергія для розриву зв`язку в молекулі H₂ становить 436 кДж / моль, а енергія для розриву F₂ становить 158 кДж / моль. Нарешті, енергія необхідна для утворення зв`язку в молекулі HF з H і F = -568 кДж / моль. Множимо останнє значення на 2, так як в ході реакції получаем2 моль HF: 2 × -568 = -1136 кДж / моль. Складаємо значення:
436 + 158 + (-1136) = -542 кДж / моль.

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 8

2. Використовуйте ентальпію освіти для оцінки ентальпії. Ентальпія освіти дозволяє розрахувати ΔH через обчислення реакцій освіти реагентів і продуктів. Якщо відома ентальпія утворення продуктів реакції і реагентів, то ви можете оцінити ентальпію в цілому шляхом складання, як і в випадку енергії, розглянутому вище.

Наприклад, розглянемо наступну реакцію: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O. Ми знаємо, що ентальпія освіти розраховується:
C₂H₅OH → 2C + 3H₂ + 0,5O₂ = 228 кДж / моль
2C + 2O₂ → 2CO₂ = -394 × 2 = -788 кДж / моль
3H₂ + 1.5 O₂ → 3H₂O = -286 × 3 = -858 кДж / моль
Тепер необхідно скласти значення утворених речовин, отримані вище, для визначення ентальпії реакції: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O,
228 + -788 + -858 = -1418 кДж / моль.

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 9

3. Не забувайте про знаки перед значеннями ентальпії. При обчисленні ентальпії освіти формулу для визначення ентальпії реакції продукту ви перевертаєте, і знак ентальпії повинен помінятися. Іншими словами, якщо ви перевертаєте формулу, то знак ентальпії повинен змінитися на протилежний.

У прикладі зверніть увагу на те, що реакція освіти для продукту C₂H₅OH записана навпаки. C₂H₅OH → 2C + 3H₂ + 0,5O₂ тобто C₂H₅OH розпадається, а не синтезується. Тому знак перед ентальпії в такій реакції позитивний, 228 кДж / моль, хоча ентальпія освіти C₂H₅OH становить -228 кДж / моль.

Метод 3 з 3:

Спостереження ентальпії в ході експерименту

1. Візьміть чисту ємність і налийте туди води. Побачити принципи ентальпії в дії неважко - досить провести простий досвід. Необхідно, щоб на результат експерименту не вплинули сторонні забруднювачі, так що ємність потрібно вимити і простерилізувати. Вчені для вимірювання ентальпії використовують спеціальний закриті контейнери - калориметри, але вам цілком підійде скляний стакан або колба. Заповніть ємність чистою водопровідною водою кімнатної температури. Добре було б проводити експеримент в прохолодному приміщенні.

Для експерименту бажано використовувати невелику ємність. Ми будемо розглядати ентальпію реакції води з «Алка-Зельтцер», тому, чим менше води використовується, тим більш очевидним буде зміна температури.

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 11

2. Помістіть термометр в ємність. Візьміть термометр і опустіть його в ємність з водою так, щоб кордон прочитання температури була нижче рівня води. Зніміть показання термометра - це буде початкова температура, T1.

Припустимо, що температури води 10 ° C. Ми будемо використовувати це значення для демонстрації принципів ентальпії.

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 12

3. Додайте в ємність одну таблетку «Алка-Зельтцер». Чи готові почати досвід? Киньте в воду одну таблетку «Алка-Зельтцер». Вона відразу почне міхур і шипіти. Це відбувається через реакцію між бікарбонатом (HCO₃) І лимонною кислотою (H). В результаті утворюються вода і вуглекислий газ за формулою: 3HCO₃ + 3H → 3H₂O + 3CO₂.

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 13

4. Виміряйте кінцеву температуру. Спостерігайте за ходом реакції: таблетка «Алка-Зельтцер» буде поступово розчинятися. Коли вона розчиниться повністю, виміряйте температуру ще раз. Вода повинна стати трохи холодніше. Якщо температура води навпаки стала вище початкової, значить, експерименту завадили якісь зовнішні чинники (наприклад, занадто тепле приміщення, де проводився експеримент).

Припустимо, що температура становить тепер 8 ° C.

Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 14

5. Підрахуємо ентальпію реакції. Коли таблетка «Алка-Зельтцер» вступає в реакцію з водою, утворюються вода і вуглекислий газ (ті самі шипучі бульбашки) і відбувається зниження температури (це той результат, який повинен вийти, якщо досвід пройшов успішно). Можна зробити висновок, що дана хімічна реакція є ендотермічний, тобто вона супроводжується поглинанням енергії з навколишнього середовища - в даному випадку з води. В результаті температура води знижується.

У нашому експерименті температура води знизилася на два градуси. Це узгоджується з теорією: реакція розчинення «Алка-Зельтцер» в воді ендотермічна і супроводжується невеликим поглинанням енергії.

Поради

У підрахунках використовується шкала Кельвіна (K) - це температурна шкала, аналогічна шкалою Цельсія, і часто застосовується в хімії та фізики. Щоб перевести значення градусів Цельсія в Кельвіна, необхідно додати або відняти 273 градуса: K = ° C + 273.