КАКОВ ЖАР РЕАКЦИИ? - ХИМИЯ - 2024

Теплота реакции или энтальпии реакции (H) представляет собой изменение энтальпии химической реакции , которая происходит при постоянном давлении. Это термодинамическая единица измерения, полезная для расчета количества энергии на моль, которая выделяется или образуется в реакции.

Поскольку энтальпия получается из давления, объема и внутренней энергии, которые являются функциями состояния, энтальпия также является функцией состояния.

ΔH, или изменение энтальпии, появилось как единица измерения, предназначенная для расчета изменения энергии системы, когда стало слишком трудно найти ΔU или изменение внутренней энергии системы, одновременно измеряя количество тепла и работу. взаимозаменяемыми.

При постоянном давлении изменение энтальпии равно теплоте и может быть измерено как ΔH = q.

Обозначения ΔHº или ΔHº _r затем возникают для объяснения точной температуры и давления теплоты реакции ΔH.

Стандартная энтальпия реакции обозначается ΔHº или ΔHºrxn и может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Единицы измерения ΔHº - килоджоули на моль или кДж / моль.

Предыдущая концепция для понимания теплоты реакции: разница между ΔH и ΔHº

Δ = представляет собой изменение энтальпии (энтальпия продуктов минус энтальпия реагентов).

Положительное значение указывает на то, что продукты имеют более высокую энтальпию или что это эндотермическая реакция (требуется тепло).

Отрицательное значение указывает на то, что реагенты имеют более высокую энтальпию или что это экзотермическая реакция (выделяется тепло).

º = означает, что реакция представляет собой стандартное изменение энтальпии и протекает при заданном давлении / температуре.

r = означает, что это изменение представляет собой энтальпию реакции.

Стандартное состояние: стандартное состояние твердого или жидкого вещества - это чистое вещество при давлении 1 бар или что такое же 1 атмосфера (105 Па) и температура 25 ° C, или что то же самое 298 К. ,

ΔHº _r - это стандартная теплота реакции или стандартная энтальпия реакции, и, как и ΔH, она также измеряет энтальпию реакции. Однако ΔHºrxn имеет место в «стандартных» условиях, что означает, что реакция протекает при 25 ° C и 1 атм.

Преимущество измерения ΔH в стандартных условиях заключается в возможности соотнести одно значение ΔHº с другим, поскольку они происходят в одинаковых условиях.

Тепло образования

Стандартная теплота образования, ΔH _f º, химического вещества - это количество тепла, поглощенное или высвобождаемое при образовании 1 моля этого химического вещества при 25 градусах Цельсия и 1 бар его элементов в их стандартных состояниях.

Элемент находится в своем стандартном состоянии, если он находится в наиболее стабильной форме и его физическое состояние (твердое, жидкое или газообразное) составляет 25 градусов Цельсия и 1 бар.

Например, стандартная теплота образования диоксида углерода включает кислород и углерод в качестве реагентов.

Кислород более стабилен, как молекулы газа O ₂ , а углерод более стабилен, как твердый графит. (Графит более устойчив, чем алмаз при стандартных условиях).

Другими словами, стандартная теплота образования - это особый тип стандартной теплоты реакции.

Реакция представляет собой образование 1 моля химического вещества из его элементов в их стандартных состояниях при стандартных условиях.

Стандартная теплота образования также называется стандартной энтальпией образования (хотя на самом деле это изменение энтальпии).

По определению, образование элемента само по себе не приведет к изменению энтальпии, поэтому стандартная теплота реакции для всех элементов равна нулю (Cai, 2014).

Расчет энтальпии реакции

1- Экспериментальный расчет

Энтальпию можно измерить экспериментально с помощью калориметра. Калориметр - это прибор, в котором образец реагирует через электрические кабели, обеспечивающие энергию активации. Образец находится в емкости, окруженной водой, которая постоянно перемешивается.

Измеряя с помощью a изменение температуры, которое происходит, когда образец вступает в реакцию, и зная удельную теплоемкость воды и ее массу, выделяемое или поглощаемое реакцией тепло рассчитывается с использованием уравнения q = Cesp xmx ΔT.

В этом уравнении q - тепло, Cesp - удельная теплоемкость в данном случае воды, которая равна 1 калории на грамм, m - масса воды, а ΔT - изменение температуры.

Калориметр представляет собой изолированную систему с постоянным давлением, поэтому ΔH _r = q

2- Теоретический расчет

Изменение энтальпии не зависит от конкретного пути реакции, а только от общего уровня энергии продуктов и реагентов. Энтальпия является функцией состояния и, как таковая, аддитивна.

Чтобы рассчитать стандартную энтальпию реакции, мы можем сложить стандартные энтальпии образования реагентов и вычесть их из суммы стандартных энтальпий образования продуктов (Boundless, SF). Математически это дает нам:

.DELTA.H _r ° = Σ .DELTA.H _f ° (продукты) - Σ .DELTA.H _f ° (реагенты).

Энтальпии реакций обычно рассчитывают из энтальпий образования реагентов при нормальных условиях (давление 1 бар и температура 25 градусов Цельсия).

Чтобы объяснить этот принцип термодинамики, рассчитаем энтальпию реакции горения метана (CH ₄ ) по формуле:

CH ₄ (г) + 2O ₂ (г) → CO ₂ (г) + 2H ₂ O (г)

Чтобы рассчитать стандартную энтальпию реакции, нам нужно найти стандартные энтальпии образования для каждого из реагентов и продуктов, участвующих в реакции.

Обычно их можно найти в приложении или в различных онлайн-таблицах. Для этой реакции нам нужны следующие данные:

H _f ° CH ₄ (г) = -75 кДж / моль.

H _f º O ₂ (г) = 0 кДж / моль.

H _f ° CO ₂ (г) = -394 кДж / моль.

H _f º H ₂ O (г) = -284 кДж / моль.

Обратите внимание: поскольку он находится в стандартном состоянии, стандартная энтальпия образования газообразного кислорода составляет 0 кДж / моль.

Ниже мы суммируем наши стандартные энтальпии образования. Обратите внимание: поскольку единицы измерения выражены в кДж / моль, нам необходимо умножить на стехиометрические коэффициенты в уравнении сбалансированной реакции (Leaf Group Ltd, SF).

.DELTA.H Σ _f ° (продукты) .DELTA.H = _f º CO ₂ +2 .DELTA.H _f º H ₂ O

Σ ΔH _f º (продукты) = -1 (394 кДж / моль) -2 (284 кДж / моль) = -962 кДж / моль

.DELTA.H Σ _f ° (реагенты) .DELTA.H = _f º CH ₄ + AH _f º O ₂

Σ ΔH _f º (реагенты) = -75 кДж / моль + 2 (0 кДж / моль) = -75 кДж / моль

Теперь мы можем найти стандартную энтальпию реакции:

ΔH _r ° = Σ ΔH _f º (продукты) - Σ ΔH _f º (реагенты) = (- 962) - (- 75) =

ΔH _r ° = - 887 кДж / моль.

Ссылки

1. Энн Мари Хельменстин. (2014, 11 июня). Энтальпия определения реакции. Восстановлено с сайта thinkco: thinkco.com.
2. (СФ). Стандартная энтальпия реакции. Получено с сайта boundless.com.
3. Цай, Э. (2014, 11 марта). стандартная теплота образования. Получено от химика-статиста: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Кларк, Дж. (2013, май). Различные определения изменения энтальпии. Получено с сайта chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Джонатан Нгуен, GL (2017, 9 февраля). Стандартная энтальпия образования. Получено с сайта chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (СФ). Как рассчитать энтальпии реакции. Получено из научных источников: sciencing.com.
7. Рэйчел Мартин, EY (7 мая 2014 г.). Теплота реакции. Получено с сайта chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.