Hoe om Delta H (entalpie) te vind

Tydens enige chemiese reaksie kan hitte uit die omgewing geabsorbeer word of deur die reaksie in die omgewing vrygestel word. Die hitte-uitruiling tussen `n chemiese reaksie en sy omgewing staan bekend as die reaksie-entalpie of H. H kan egter nie direk gemeet word nie - in plaas daarvan gebruik wetenskaplikes die verander die temperatuur van `n reaksie oor tyd om die

conținut

Stappe
Metode 1los eentalpieprobleme op
Metode 2skat die entalpie
Metode 3eksperimentele waarneming van entalpieveranderings
Wenke

entalpieverandering oor tyd (aangedui as .DELTA.H). Met die data van ΔH kan `n wetenskaplike bepaal of `n reaksie hitte (of "hierdie is eksotermiese") of absorbeer hitte (of "hierdie is endotermies"). In die algemeen .DELTA.H = m x s x ΔT, waar m die massa van die reaktante is, s is die spesifieke hitte van die produk, en ΔT is die verandering in die temperatuur van die reaksie.

stappe

Metode 1
Los eentalpieprobleme op

Prent getiteld Bereken die engtal van `n chemiese reaksie Stap 1

Bepaal die reaksieprodukte en reagense. Enige chemiese reaksie behels twee kategorieë chemikalieë: produkte en reagense. Die produkte is die chemiese materiaal geskep deur die reaksie, terwyl die reaktanse die chemikalieë is wat interaksie, kombineer of ontbind om die produk te maak. Met ander woorde, die reaktante van `n reaksie is soos die bestanddele in `n resep, terwyl die produkte soos die voltooide gereg is. Om die ΔH van `n reaksie te vind, moet u eers sy produkte en reagense identifiseer.
Byvoorbeeld, laat ons sê dat ons die reaksie-entalpie wil vind vir die vorming van water uit waterstof en suurstof: 2H₂ (Waterstof) + O₂ (Suurstof) → 2H₂O (Water). In hierdie vergelyking, H₂ en O₂ is die reagense en H₂O Dit is die produk.

Prent getiteld Bereken die Entalpaal van `n Chemiese Reaksie Stap 2

Bepaal die totale massa van die reagense. Vervolgens moet jy vind wat die massas van die reaktante is. As jy nie die massas ken nie en nie `n wetenskaplike balans het om die reagense te weeg nie, kan jy hul molare massas gebruik om hul regte massas te vind. Molêre massas is konstantes wat u in standaard periodieke tabelle (vir individuele elemente) en in ander chemiese bronne (vir molekules en verbindings) kan vind. Vermenigvuldig die molêre massa van elke reagens met die aantal mol wat u moet gebruik om die reaktantmassa`s te vind.

In ons watervoorbeeld is ons reagense waterstof en suurstofgasse, wat onderskeidelik molêre massas van 2 g en 32 g het. Aangesien ons 2 mol waterstof gebruik (verteenwoordig deur die koëffisiënt "2" in die volgende vergelyking vir H₂) en 1 mol suurstof (verteenwoordig deur geen koëffisiënt naby aan O)₂), kan ons die totale massa van die reagense op die volgende manier bereken:
2 x (2 g) + 1 x (32 g) = 4g + 32g = 36 g.

Prent getiteld Bereken die engtal van `n chemiese reaksie Stap 3

Vind die spesifieke hitte van jou produk. Vervolgens vind u die spesifieke hitte van die produk wat u analiseer. Elke element of molekuul het `n spesifieke waarde van geassosieerde hitte: hierdie waardes is konstant en word gewoonlik in chemiese materiale aangetref (soos byvoorbeeld in die bokse agter in `n chemiehandboek). Daar is verskillende maniere om spesifieke hitte te meet, maar vir ons formule sal ons die gemete waarde in eenhede van joules / gram ° C gebruik.

Hou in gedagte dat indien die vergelyking verskeie produkte het, u `n entalpieberekening moet doen vir die reaksie van elke komponent wat gebruik word om elke produk te produseer, en voeg dan die eentalpie by vir die volledige reaksie.

In ons voorbeeld is die finale produk water, wat `n spesifieke hitte van ongeveer het 4,2 joules / gram ° C.

Prent getiteld Bereken die Entalpaal van `n Chemiese Reaksie Stap 4

Vind die verskil in temperatuur na die reaksie. Vervolgens vind ons die ΔT, wat is die temperatuurverandering wat van voor die reaksie gegee word tot die reaksie eindig. Om hierdie waarde te bereken, trek die aanvanklike temperatuur (of T1) af van die reaksie van die finale temperatuur (of T2). Soos in die meeste chemie werk, moet jy die temperatuur in grade Kelvin (K) gebruik, maar as jy grade Celsius C gebruik, sal dit dieselfde resultate gee.

Vir ons voorbeeld, laat ons sê dat ons reaksie by die begin van 185 K was, maar dit het tot 95 K afgekoel toe dit klaar was. In hierdie geval moet die ΔT soos volg bereken word:
ΔT = T2 - T1 = 95 K - 185 K = -90 K

Prent getiteld Bereken die engtal van `n chemiese reaksie Stap 5

Om dit op te los, gebruik die formule ΔH = m x s x ΔT. Sodra jy m het, die massa van die reaktante, s, die spesifieke hitte van die produk en ΔT, die temperatuur verander in jou reaksie, het jy alles om die entalpie van die reaksie te vind. U hoef slegs die waardes in die formule ΔH = in te voeg m x s x ΔT en om die veelvoude op te los. Die antwoord sal gegee word in eenheid van joules van energie (J).

Vir ons voorbeeld probleem, sou ons vind dat die entalpie van reaksie as volg gedefinieer word:
ΔH = (36 g) x (4,2 JK-1 g-1) x (-90 K) = -13.608 J

Prent getiteld Bereken die engtal van `n chemiese reaksie Stap 6

Bepaal of jou reaksie energie opdoen of verloor. Een van die mees algemene redes waarom ΔH in verskillende reaksies bereken word, is om te bepaal of die reaksie eksotermies is (energie verloor en hitte vrylating) of endotermies (energie ontvang en hitte absorbeer). As die teken van jou finale respons van ΔH positief is, is die reaksie endotermies. Aan die ander kant, as die teken negatief is, is die reaksie eksotermies. Hoe groter die getal self, hoe meer exo of endotermiese die reaksie is. Wees versigtig met sterk eksotermiese reaksies - dit kan soms `n groot vrystelling van energie bied, wat as dit vinnig genoeg is, `n ontploffing kan veroorsaak.

In ons voorbeeld is ons finale antwoord -13.608 J. Aangesien die teken negatief is, weet ons dat ons reaksie is eksotermiese. Dit maak sin- H₂ en o₂ hulle is gasse, terwyl H₂Of die produk is `n vloeistof. Warm gasse (in die vorm van dampe) gee energie in die omgewing in die vorm van hitte om dit af te koel tot op die punt waar hulle vloeibare water kan vorm, wat beteken dat die vorming van H₂Of dit is eksotermies.

Metode 2
Skat die entalpie

Prent getiteld Bereken die Entalpaal van `n Chemiese Reaksie Stap 7

Dit gebruik skakel energie om die entalpie te skat. Byna al die chemiese reaksies behels die vorming of verbreking van bindings tussen atome. Sedert die chemiese reaksie kan die energie nie vernietig of geskep word nie. As ons die energie wat nodig is om die bindings in die reaksie te vorm of breek, kan ons die entalpievariasie vir die volledige reaksie met groot presisie skat deur hierdie bindende energieë by te voeg. .

Kyk byvoorbeeld na die reaksie H₂ + F₂ → 2HF. In hierdie geval het die energie nodig om die H-atome in die H te breek₂ om hulle van die molekule te skei is 436 kJ / mol, terwyl die energie benodig vir F₂ is 158 kJ / mol. Laastens is die energie wat nodig is om HF tussen H en F te vorm = -568 kJ / mol. Ons vermeerder dit met 2 omdat die produk in die vergelyking is 2HF, gee ons 2 en die tye -568 = -1136 KJ / mol. Voeg alles by wat ons kry:
436 + 158 + -1136 = -542 kJ / mol.

Prent getiteld Bereken die engtal van `n chemiese reaksie Stap 8

Dit gebruik entalpieë van vorming om die entalpie te bereken. In die entalpies van vorming word ΔH-waardes vasgestel wat die entalpieveranderinge van die reaksies wat gebruik word om spesifieke chemiese produkte te skep, voorstel. As jy die opleiding entalpieë ken wat nodig is om produkte en reagense in `n vergelyking te skep, kan jy hulle byvoeg om die entalpie te bereken op dieselfde manier as wat jy sou met die skakel energie soos hierbo beskryf.

Kyk byvoorbeeld na die reaksie C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O. In hierdie geval weet ons dat die entalpieë van die volgende reaksies oefen
C₂H₅OH → 2C + 3H₂ + 0.5o₂ = 228 kJ / mol
2C + 2O₂ → 2CO₂ = -394 x 2 = -788 kJ / mol
3H₂ + 1.5 O₂ → 3H₂O = -286 x 3 = -858 kJ / mol
Aangesien ons hierdie vergelykings kan byvoeg om C te kry₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂Of die reaksie waarvoor ons entalpie probeer vind, kan ons eenvoudig die entalpieë van die formasie reaksies hierbo byvoeg om die entalpie van hierdie reaksie te vind:
228 + -788 + -858 = -1418 kJ / mol.

Prent getiteld Bereken die Entalpaal van `n Chemiese Reaksie Stap 9

Moenie vergeet om die tekens te verander wanneer u die vergelykings skoonmaak nie. Dit is belangrik om in gedagte te hou dat wanneer jy entalpieë van vorming gebruik om die entalpie van `n reaksie te bereken, dit nodig is om die teken van entalpie van vorming om te keer, elke keer as jy `n gedeelte in die reaksievergelyking skoonmaak. Met ander woorde, jy moet een of meer keer jou reaksievergelykings opleiding te omskep ten einde al die produkte en reagense kry in staat is om hulle behoorlik te kanselleer, en reverse die teken van die entalpieë van vorming reaksies jy gered word.

Let op in die vorige voorbeeld dat die oefening reaksie wat ons vir C gebruik het₂H₅OH is andersom. C₂H₅OH → 2C + 3H₂ + 0.5o₂ C getoon₂H₅OH, dit is nie gevorm nie. Omdat ons die vergelyking omdraai om alle produkte en reagense korrek te kanselleer, draai ons die teken in die vergelyking van entalpie van vorming om 228 kJ / mol te verkry. Eintlik, die entalpie van opleiding vir C₂H₅OH is -228 kJ / mol.

Metode 3
Eksperimentele waarneming van entalpieveranderings

Prent getiteld Bereken die Entalpaal van `n Chemiese Reaksie Stap 10

Neem `n skoon houer en vul dit met water. Dit is maklik om die beginsels van entalpie in aksie te sien met `n eenvoudige eksperiment. Om te verseker dat die reaksie in die eksperiment werk sonder enige buite-besoedeling, moet die houer wat jy gebruik, skoon en gesteriliseer word. Wetenskaplikes gebruik spesiale geslote houers wat kalorimeters genoem word om entalpie te meet, maar redelike resultate kan bereik word met enige klein glasbottel. Ongeag die houer wat jy gebruik, vul dit met skoon water uit die lug by kamertemperatuur. Dit is ook belangrik dat u die reaksie binne `n plek met kamertemperatuur uitvoer.

Vir hierdie eksperiment moet jy `n klein houer gebruik. Kom ons doen die toets wysiging van die gevolge van entalpie met Alka-Seltzer in water, sodat minder water sal gebruik word duideliker temperatuur verandering.

Prent getiteld Bereken die Entalpaal van `n Chemiese Reaksie Stap 11

Voeg `n termometer in die houer. Plaas `n termometer en pas dit in die houer sodat die einde van die temperatuurleser onder die watervlak is. Lees die watertemperatuur, vir ons doeleindes sal die watertemperatuur die T1 verteenwoordig, wat die aanvanklike temperatuur van die reaksie is.

Kom ons sê ons meet die temperatuur van die water en vind dat dit presies 10 grade C is. In `n paar stappe sal ons hierdie monster temperatuur gebruik om die beginsels van entalpie te demonstreer.

Prent getiteld Bereken die engtal van `n chemiese reaksie Stap 12

Voeg `n Alka-Seltzer-tablet by die houer. As jy gereed is om die eksperiment te begin, laat `n enkele Alka-Seltzer-tablet in die water. Jy sal dadelik sien dat dit begin borrel en fizz. Namate die tablet in water oplos, ontstaan die ontbinding van gevormde chemikalieë wat bikarbonaat (HCO) voorkom.₃) en sitroensuur (wat reageer in die vorm van waterstofione, H). Hierdie chemikalieë reageer om watergas en koolstofdioksied in die 3HCO-reaksie te vorm₃ + 3H → 3H₂O + 3CO₂.

Prent getiteld Bereken die engtal van `n chemiese reaksie Stap 13

Meet die temperatuur wanneer die reaksie eindig. Monitor die reaksie terwyl jy gaan - die Alka-Seltzer-tablet moet geleidelik oplos. Sodra die tablet sy reaksie beëindig (of skynbaar teen `n slak se tempo gedaal het), meet die temperatuur weer. Die water moet effens koeler wees as voorheen. As dit warmer is, kan die eksperiment geraak word deur `n eksterne faktor (soos byvoorbeeld, as die kamer waar jy is is veral warm).

Vir ons voorbeeld-eksperiment, laat ons sê dat die watertemperatuur 8 grade C is nadat die tablet bruisend is.

Prent getiteld Bereken die engtal van `n chemiese reaksie Stap 14

Skat die entalpie van die reaksie. In `n ideale eksperiment, toe te voeg tablet Alka-Seltzer water, dus water en koolstofdioksied gas (laasgenoemde waarvan kan waarneem as borrels) en veroorsaak daal die temperatuur van die water. Uit hierdie inligting sal `n endotermiese reaksie - dit wil sê `n reaksie wat energie van die omringende omgewing absorbeer - verwag word. Ontbind vloeistof reagense benodig ekstra energie te spring om die gasagtige produk, so dit neem om die energie as hitte uit die omgewing (in hierdie geval water). Dit veroorsaak dat die temperatuur druppel van die water.

In ons voorbeeld-eksperiment het die watertemperatuur twee grade gedaal nadat die Alka-Seltzer bygevoeg is. Dit is in ooreenstemming met die soort effense endotermiese reaksie wat ons sou verwag.

wenke

Die berekeninge word gemaak met grade Kelvin (K) - `n skaal om die temperatuur sowel as grade Celsius te meet. Om tussen Celsius en Kelvin te omskep, hoef jy slegs 273 grade by te voeg of af te trek: K = ° C + 273.

Deel op sosiale netwerke:

Verwante