ЭНТАЛЬПИЯ РЕАКЦИИ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ТЕРМОХИМИЯ, УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2025

Энтальпия реакции является термодинамической функцией , которая позволяет рассчитать тепло , полученное или доставляются в химической реакции, при условии , что эта реакция имеет место при постоянном давлении. Он определяется как внутренняя энергия U плюс произведение давления P на объем V веществ, участвующих в химической реакции, следующим образом: H = U + P ∙ V

Следовательно, энтальпия имеет размерность энергии, и в Международной системе измерений она измеряется в Джоулях. Чтобы понять связь энтальпии с теплообменом в химической реакции, необходимо вспомнить первый закон термодинамики, который гласит следующее: Q = ΔU + W

Рис. 1. При горении газа энтальпия уменьшается. Источник: pixabay

Первый закон устанавливает, что теплообмен в термодинамическом процессе равен изменению внутренней энергии веществ, участвующих в процессе, плюс работа, выполняемая этими веществами в процессе.

В любом процессе работа W рассчитывается по следующей зависимости:

В приведенном выше выражении Vi - это начальный объем, Vf - конечный объем и P - давление. Если процесс проводится при постоянном давлении P, то результирующая работа будет:

Где ΔV - изменение объема.

Определение

Химические реакции - это термодинамические процессы, которые обычно происходят при постоянном давлении и очень часто при атмосферном давлении. Этот тип термодинамического процесса называется «изобарическим», поскольку он происходит при постоянном давлении.

В этом случае первый закон термодинамики можно записать так:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Где Qp указывает, что теплообмен происходит при постоянном давлении. Если ввести определение энтальпии H = U + P ∙ V в предыдущее выражение, то получим:

Qp = ΔH

Следовательно, положительное изменение энтальпии указывает на реакцию, в которой отводится тепло из окружающей среды. Это эндотермическая реакция.

Напротив, если изменение энтальпии отрицательное, то это экзотермическая реакция.

Фактически, слово энтальпия происходит от греческого слова enthalpien, что означает «нагревать».

Энтальпию также часто называют теплом. Но должно быть ясно, что это не то же самое, что тепло, но это теплообмен во время термодинамического процесса, который изменяет энтальпию.

Отношения с теплом

В отличие от тепла энтальпия зависит от состояния. Когда вы вычисляете изменение энтальпии, вы вычисляете разницу двух функций, которые зависят исключительно от состояния системы, например внутренней энергии и объема.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Поскольку давление в реакции остается постоянным, энтальпия реакции является функцией состояния, которое зависит только от внутренней энергии и объема.

В химической реакции энтальпия реагентов может быть определена как сумма энтальпии каждого из них; и продуктов как сумма энтальпий всех продуктов.

Изменение энтальпии в реакции - это разница продуктов минус количество реагентов:

Рисунок 2. Диаграмма энтальпии. Источник: самодельный.

В эндотермической реакции энтальпия продуктов больше, чем энтальпия реагентов; то есть реакция забирает тепло из окружающей среды. Напротив, в экзотермической реакции энтальпия реагентов больше, чем энтальпия продуктов, поскольку реакция отдает тепло окружающей среде.

Стандартная энтальпия

Поскольку изменение энтальпии в химической реакции может зависеть от давления и температуры, обычно определяют стандартные условия реакции:

Стандартная температура реакции: 25 ° C.

Стандартное давление реакции: 1 атм = 1 бар.

Стандартная энтальпия обозначается так: H °

термохимия

В термохимическом уравнении имеют значение не только реагенты и продукты, но и изменение энтальпии. Под энтальпией понимается реакция на произошедшее при ней изменение.

В качестве примера рассмотрим следующие реакции:

2 H2 (газ) + O2 (газ) → 2 H2O (жидкость); ΔH ° = -571,6 кДж (экзотермический).

H2 (газ) + (½) O2 (газ) → H2O (жидкость); ΔH ° = -285,8 кДж (экзотермический).

2 H2O (жидкость) → 2 H2 (газ) + O2 (газ); ΔH ° = +571,6 кДж (эндотермический).

Энтальпия - это обширная термодинамическая величина.

Если члены химического уравнения умножаются или делятся на определенный коэффициент, то энтальпия умножается или делится на то же самое.

Если реакция обратная, то меняется и знак энтальпии реакции.

Решенные упражнения

-Упражнение 1

Ацетиленовый газ C2H2 получается в результате реакции карбида кальция CaC2, который поступает в гранулированном виде, с водой при температуре и давлении окружающей среды.

В качестве данных имеем энтальпии образования реагентов:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 кДж / моль

ΔH ° (H20) = -285,8 кДж / моль

И энтальпия образования продуктов:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 кДж / моль

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 кДж / моль

Найдите стандартную энтропию реакции.

Решение

Первым делом нужно поднять сбалансированное химическое уравнение:

CaC2 (т) + 2H20 (л) → Ca (OH) 2 (т) + C2H2 (г)

А теперь энтальпии реагентов, продуктов и реакции:

- Реагенты: -59,0 кДж / моль -2 ∙ 285,8 кДж / моль = -630,6 кДж / моль

- Продукты: -986,0 кДж / моль + 227,0 кДж / моль = -759 кДж / моль

- Реакция: ΔH ° = -759 кДж / моль - (-630 кДж / моль) = -129 кДж / моль

Это экзотермическая реакция.

-Упражнение 2.

Сколько тепла выделяется при сжигании 1 литра ацетилена в стандартных условиях?

Решение

После уравновешивания реакция горения ацетилена выглядит так:

C2H2 (г) + (5/2) O2 (г) → 2 CO2 (г) + H2O (л)

Нам нужны энтальпии образования продуктов:

ΔH ° (CO2) = -393,5 кДж / моль

ΔH ° (H2O (l)) = -285,8 кДж / моль

Расчет энтальпий

С этими данными мы можем рассчитать энтальпию продуктов:

ΔH ° (продукты) = 2 * (- 393,5 кДж / моль) + (-285,8 кДж / моль) = -1072,8 кДж / моль

И энтальпия образования реагентов:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 кДж / моль

ΔH ° (O2) = 0,0 кДж / моль

Энтальпия реагентов будет:

227,0 кДж / моль + (5/2) * 0,0 = 227,0 кДж / моль

Тогда молярная энтальпия реакции будет: ΔH ° (продукты) - ΔH ° (реагенты) = -1072,8 кДж / моль - 227,0 кДж / моль = -1299,8 кДж / моль.

Энтальпия горения

Теперь нам нужно знать, сколько молей ацетилена в литре ацетилена при стандартных условиях. Для этого мы воспользуемся уравнением состояния идеального газа, из которого будем решать число молей.

Число молей n = P * V / (R * T)

P = 1 атм = 1,013 x 10⁵ Па

V = 1 л = 1,0 x 10 ^ -3 м³

R = 8,31 Дж / (моль * К)

Т = 25 ° С = 298,15 К

n = 0,041 моль

Энтальпия сгорания 1 литра ацетилена 0,041 моль * (-1299,8 кДж / моль) = -53,13 кДж.

Отрицательный знак указывает на то, что это экзотермическая реакция, при которой выделяется 53,13 кДж = 12,69 ккал.

Ссылки

1. Каштаны Э. Энтальпия в химических реакциях. Получено с: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Термохимия. Энтальпия реакции. Получено с: recursostic.educacion.es
3. Термохимия. Определение стандартной энтальпии реакции. Получено с: quimitube.com
4. Wikipedia. Стандартная энтальпия реакции. Получено с: wikipedia.com
5. Wikipedia. Энтальпия образования. Получено с: wikipedia.com