Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Entalpia (H) jest właściwością termodynamiczną definiowaną jako suma energii wewnętrznej układu termodynamicznego (U) i iloczynu jego ciśnienia i objętości (PV). Oznacza to, że entalpia jest zdefiniowana jako:

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Ta właściwość charakteryzuje się tym, że jest funkcją stanu. Oznacza to, że wartość entalpii układu w danej chwili zależy tylko od stanu, w jakim się on znajduje, a nie od stanu bezpośrednio poprzedzającego lub następującego po nim. Oznacza to, że entalpia nie zależy od ścieżki, która doprowadziła system do stanu, w jakim się znajduje, ale tylko od tego, jaki jest obecny stan.

zmiana entalpii

Definicja entalpii jako funkcji stanu ma kilka implikacji. Jednym z nich jest to, że kiedy system przechodzi zmianę stanu, zmiana ta może z kolei pociągać za sobą zmianę entalpii systemu. Innymi słowy, każdy proces, któremu poddawany jest system, ma powiązaną zmianę lub zmianę entalpii; ta zmiana jest oznaczona jako ΔH i może być dodatnia, ujemna lub nawet zerowa.

Ze względu na sposób definiowania entalpii i w konsekwencji pierwszej zasady termodynamiki zmiana entalpii procesu, w którym układ wykonuje tylko pracę rozprężania przy stałym ciśnieniu, jest równa ilości ciepła, które układ ten pochłonął. Innymi słowy, w przypadku braku innych rodzajów pracy,

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

gdzie qP jest ciepłem pochłanianym przez układ podczas procesu przy stałym ciśnieniu. Wynik ten ma ogromne znaczenie, ponieważ przy stałym ciśnieniu zachodzi duża liczba reakcji chemicznych; Z tego powodu eksperymentalny pomiar ilości ciepła oddanego lub pochłoniętego podczas tych procesów umożliwia pośredni pomiar zmiany entalpii układu.

Ta cecha daje początek tak zwanej termochemii, która jest niczym innym jak częścią termodynamiki (lub chemii), która bada przenoszenie ciepła spowodowane zachodzeniem reakcji chemicznych.

Prawo Hessa

Druga implikacja, że ​​entalpia jest funkcją stanu, jest wyrażona w postaci prawa Hessa. W odniesieniu do reakcji chemicznych prawo to mówi, że „kiedy reagenty są przekształcane w produkty, zmiana entalpii jest taka sama, niezależnie od tego, czy reakcja jest przeprowadzana w jednym etapie, czy w szeregu etapów”. Oznacza to, że jeśli zaczniemy od reagenta A, a skończymy na produkcie B, ΔH wspomnianej reakcji jest niezależne od sposobu, w jaki reakcja zaszła. To z kolei implikuje, że możemy obliczyć ΔH reakcji po prostu dodając wartości ΔH zestawu reakcji, w których udaje się przekształcić te same reagenty w te same produkty. Ta ostatnia jest jedną z najpowszechniejszych praktyk w termochemii i właśnie o to chodzi w poniższym przykładowym problemie.

Rozwiązany problem obliczania zmiany entalpii reakcji z wykorzystaniem prawa Hessa

Oświadczenie:

Oblicz zmianę entalpii dla następującej reakcji, korzystając z prawa Hessa,

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Biorąc pod uwagę entalpie następujących reakcji:

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Rozwiązanie

Aby obliczyć zmienność lub zmianę entalpii za pomocą prawa Hessa, musimy znaleźć sposób na połączenie równań chemicznych, które otrzymaliśmy jako dane, tak aby po dodaniu dawały równanie reakcji chemicznej, której zmianę entalpii chcemy obliczyć.

Obejmuje to manipulowanie równaniami chemicznymi na różne sposoby, w tym odwracanie ich, mnożenie przez stałe wartości lub dzielenie przez stałe wartości. Najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać, jest to, że wszystko, co robi się z równaniem chemicznym, musi być również zrobione z jego wartością ΔH. To jest:

  1. Podczas odwracania lub odwracania równania termochemicznego należy również odwrócić znak zmiany entalpii.
  2. Mnożąc całe równanie przez stałą, zmianę entalpii należy również pomnożyć przez tę samą stałą.
  3. Dzieląc równanie chemiczne przez stałą, zmianę entalpii należy również podzielić przez tę samą stałą.

Przyjrzyjmy się krokom niezbędnym do skutecznego zastosowania tych zasad:

Krok 1: Znajdź reagenty i produkty, które pojawiają się w podanych reakcjach po właściwej stronie równania

Ogólna strategia, którą można zastosować w większości tych problemów, polega na wyszukiwaniu po kolei reagentów i produktów nieznanej reakcji, to znaczy tej, której entalpię chcemy obliczyć, we wszystkich reakcjach, które otrzymujemy jako dane . Następnie musisz upewnić się, że związek, który Cię interesuje, znajduje się po prawej stronie równania; w przeciwnym razie równanie jest odwrócone.

Na przykład w omawianym problemie interesują nas pierwiastkowe tlenki glinu i żelaza występujące wśród reagentów reakcji, których entalpie są znane. Jak widać, oznacza to odwrócenie obu równań, a także odwrócenie znaku ich zmian entalpii:

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Odwracając te równania, możemy umieścić reagenty po stronie, w której ich potrzebujemy, ale jednocześnie umieszczamy produkty po właściwej stronie. Jednak proces nie jest jeszcze gotowy, ponieważ, jak widać, suma tych dwóch reakcji nie daje wymaganej reakcji.

Krok 2: W razie potrzeby pomnóż lub podziel współczynniki stechiometryczne

Należy rozumieć, że chcesz, aby suma podanych równań chemicznych dała nieznane równanie. Oznacza to, że każdy gatunek, który nie pojawia się w ostatnim, musi zostać anulowany, a wszystkie inne gatunki muszą mieć odpowiednie współczynniki stechiometryczne.

W naszym problemie widać, że reakcje podane jako dane obejmują tlen cząsteczkowy, którego nie ma w reakcji, której szukamy, więc musimy upewnić się, że jest ona anulowana podczas dodawania równań. Aby tak się stało, a ponadto aby współczynniki żelaza i tlenku żelaza były prawidłowe, drugie równanie musi zostać podzielone przez 2, podobnie jak jego entalpia. To jest do powiedzenia:

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Co skutkuje w:

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Krok 3: Dodaj równania

Mając wszystkie reagenty i produkty po właściwej stronie i z odpowiednimi współczynnikami, równania i ich odpowiednie entalpie można dodać, aby uzyskać entalpię, której szukamy:

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Wreszcie mamy, że zmiana entalpii reakcji wynosi:

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Przykładowy problem obliczania zmiany entalpii

Odpowiedź:

Reakcja między glinem i tlenkiem żelaza, w wyniku której powstaje żelazo i tlenek glinu, ma standardową zmianę entalpii -845,6 kJ/mol.

Bibliografia

-Reklama-

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

Co oznacza LD50?

co to jest boraks