Entalpi endring beregning prøveproblem

Entalpi (H) er en termodynamisk egenskap definert som summen av den indre energien til et termodynamisk system (U) og produktet av dets trykk og volum (PV). Det vil si at entalpien er definert som:

Denne eiendommen kjennetegnes ved å være en statlig funksjon. Dette betyr at verdien av entalpien til et system i et gitt øyeblikk kun avhenger av tilstanden det er i og ikke av tilstanden rett før eller den som vil komme etter. Det vil si at entalpien ikke er avhengig av veien som førte systemet til den tilstanden det er i, men kun av hva den nåværende tilstanden er.

entalpi endring

Definisjonen av entalpi som en tilstandsfunksjon har flere implikasjoner. En av dem er at når et system gjennomgår en tilstandsendring, kan denne endringen i sin tur innebære en endring i systemets entalpi. Med andre ord har hver prosess som et system utsettes for en tilhørende endring eller variasjon i entalpi; denne variasjonen er betegnet som ΔH og kan være positiv, negativ eller til og med null.

På grunn av måten entalpi er definert på, og som en konsekvens av termodynamikkens første lov, er entalpiendringen i en prosess der systemet kun utfører ekspansjonsarbeid ved konstant trykk lik varmen som systemet absorberer. . Med andre ord, i fravær av andre typer arbeid,

hvor qP _er varmen som absorberes av systemet under en prosess ved konstant trykk. Dette resultatet er av stor betydning fordi et stort antall kjemiske reaksjoner skjer ved konstant trykk; Av denne grunn gjør den eksperimentelle målingen av mengden varme som frigjøres eller absorberes under disse prosessene det mulig å indirekte måle endringen i systemets entalpi.

Denne egenskapen gir opphav til det som er kjent som termokjemi, som ikke er noe mer enn den delen av termodynamikk (eller kjemi) som studerer varmeoverføringer forårsaket av forekomsten av kjemiske reaksjoner.

Hess lov

Den andre implikasjonen om at entalpi er en tilstandsfunksjon kommer til uttrykk i form av Hess’ lov. I forhold til kjemiske reaksjoner sier denne loven at «når reaktanter omdannes til produkter, er entalpiendringen den samme uavhengig av om reaksjonen utføres i et enkelt trinn eller i en serie av trinn.» Dette betyr at hvis vi starter med reaktant A og ender opp med produkt B, er ΔH for nevnte reaksjon uavhengig av måten reaksjonen skjedde på. Dette innebærer igjen at vi kan beregne ΔH til en reaksjon ganske enkelt ved å legge til ΔH-verdiene til et sett med reaksjoner som klarer å transformere de samme reaktantene til de samme produktene. Sistnevnte er en av de vanligste praksisene innen termokjemi og er nettopp det følgende prøveproblem handler om.

Løste problemet med å beregne entalpiendringen til en reaksjon ved å bruke Hess’ lov

Uttalelse:

Beregn entalpiendringen for følgende reaksjon ved å bruke Hess’s lov,

Gitt entalpiene til følgende reaksjoner:

Løsning

For å beregne entalpivariasjonen eller -endringen ved å bruke Hess’ lov, må vi finne en måte å kombinere de kjemiske ligningene som vi får som data, slik at de, når de legges til, resulterer i ligningen for den kjemiske reaksjonen hvis entalpiendringer vi ønsker å beregne .

Dette innebærer å manipulere kjemiske ligninger på en rekke måter, inkludert å invertere dem, multiplisere med konstante verdier eller dividere med konstante verdier. Det viktigste å huske på er at alt som gjøres med den kjemiske ligningen også må gjøres til verdien av ΔH. Det er:

1. Når du inverterer eller snur en termokjemisk ligning, må tegnet på entalpiendringen også reverseres.
2. Når du multipliserer en hel likning med en konstant, må entalpiendringen også multipliseres med den samme konstanten.
3. Når man deler en kjemisk ligning med en konstant, må også entalpiendringen divideres med den samme konstanten.

La oss se på trinnene som trengs for å anvende disse prinsippene effektivt:

Trinn 1: Finn reaktantene og produktene som vises i de gitte reaksjonene på riktig side av ligningen

En generell strategi som kan brukes i de fleste av disse problemene er å søke en etter en etter reaktantene og produktene til den ukjente reaksjonen, det vil si den hvis entalpi vi ønsker å beregne, i alle reaksjonene vi får som data . Deretter må du sørge for at forbindelsen du er interessert i er på høyre side av ligningen; ellers blir ligningen reversert.

For eksempel, i det nåværende problemet, er vi interessert i elementært aluminium og jernoksid som vises blant reaktantene til reaksjoner hvis entalpier er kjent. Som man kan se, innebærer dette invertering av begge ligningene, samt invertering av tegnet på deres entalpiendringer:

Trinn 2: Multipliser eller del de støkiometriske koeffisientene når det er nødvendig

Det skal forstås at du vil at summen av de gitte kjemiske ligningene skal gi den ukjente ligningen. Dette innebærer at hver art som ikke vises i den siste må avbrytes, og alle andre arter må ha passende støkiometriske koeffisienter.

I oppgaven vår kan man se at reaksjonene gitt som data involverer molekylært oksygen, som ikke er tilstede i reaksjonen vi leter etter, så vi må sørge for at den avbrytes når vi legger til ligningene. For at dette skal skje, og dessuten for at koeffisientene til jern og jernoksid skal være korrekte, må den andre ligningen divideres med 2, samt dens entalpi. Det er å si:

Som resulterer i:

Trinn 3: Legg til ligningene

Ved å ha alle reaktantene og produktene på riktig side og med de riktige koeffisientene, kan likningene og deres respektive entalpier legges til, for å få entalpien vi ser etter:

Svar:

Reaksjonen mellom aluminium og jernoksid for å gi jern og aluminiumoksid har en standard entalpiendring på -845,6 kJ/mol.

Referanser

• Atkins, P., & dePaula, J. (2008). Fysisk kjemi (8. ^utg .). Panamerican Medical Editorial.
• Britannica, The Editors of Encyclopaedia. (2020, 9. april). Entalpi | Definisjon, ligning og enheter . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/enthalpy
• Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Kjemi (11. ^utgave ). McGraw-Hill Interamericana de España SL
• Definisjon av utkast til konsept. (2020, 16. desember). Hess lov . Begrepet – Definisjon av. https://conceptodefinicion.de/ley-de-hess/
• Suárez, T., Fontal, B., Reyes, M., Bellandi, F., Contreras, R., & Romero, I. (2005). Prinsipper for termokjemi . VII Venezuelansk skole for kjemiundervisning. http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/16744/termoquimica.pdf?sequence=1&isAllowed=y