ЧТО ТАКОЕ ЭНТАЛЬПИЯ? - ХИМИЯ

Энтальпия является мерой количества энергии , содержащейся в теле (системе) , имеющий объем, подвергается давлению и является взаимозаменяемым с окружающей средой. Он обозначается буквой H. Связанной с ним физической единицей является джоуль (J = кгм2 / с2).

Математически это можно выразить следующим образом:

H = U + PV

Куда:

H = энтальпия

U = внутренняя энергия системы

P = Давление

V = Объем

Если и U, и P, и V являются функциями состояния, H также будет. Это потому, что в данный момент могут быть заданы некоторые начальные и конечные условия для переменной, которая будет изучена в системе.

Что такое энтальпия образования?

Это тепло, поглощаемое или выделяемое системой, когда 1 моль продукта вещества производится из его элементов в их нормальном агрегатном состоянии; твердое, жидкое, газообразное, раствор или в наиболее стабильном аллотропном состоянии.

Наиболее стабильным аллотропным состоянием углерода является графит, помимо того, что он находится в нормальных условиях: давление 1 атмосфера и температура 25 ° C.

Обозначается как ΔH ° f. В этом случае:

ΔH ° f = H конечный - H начальный

Δ: греческая буква, которая символизирует изменение или изменение энергии конечного и начального состояний. Нижний индекс f означает образование соединения, а верхний индекс или стандартные условия.

пример

Учитывая реакцию образования жидкой воды

H2 (г) + ½ O2 (г) H2O (л) ΔH ° f = -285,84 кДж / моль

Реагенты : водород и кислород, его естественное состояние газообразное.

Форма выпуска : 1 моль жидкой воды.

Следует отметить, что энтальпии образования в соответствии с определением приведены для 1 моля полученного соединения, поэтому реакцию необходимо скорректировать, если возможно, с помощью дробных коэффициентов, как показано в предыдущем примере.

Экзотермические и эндотермические реакции

В химическом процессе энтальпия образования может быть положительной ΔHof> 0, если реакция эндотермическая, то есть она поглощает тепло из среды, или отрицательной ΔHof <0, если реакция экзотермическая с выделением тепла из системы.

Экзотермическая реакция

Реагенты обладают большей энергией, чем продукты.

ΔH ° f <0

Эндотермическая реакция

Реагенты имеют более низкую энергию, чем продукты.

ΔH ° f> 0

Чтобы правильно написать химическое уравнение, оно должно быть молярно сбалансировано. Чтобы соответствовать «Закону сохранения вещества», он также должен содержать информацию о физическом состоянии реагентов и продуктов, которое известно как агрегатное состояние.

Также необходимо учитывать, что чистые вещества имеют нулевую энтальпию образования при стандартных условиях и в их наиболее стабильной форме.

В химической системе, где есть реагенты и продукты, энтальпия реакции равна энтальпии образования при стандартных условиях.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Принимая во внимание вышесказанное, мы должны:

ΔH ° rxn = ∑nпродукты H ∑nреактивные продукты Hреактивные

Учитывая следующую фиктивную реакцию

aA + bB cC

Где a, b, c - коэффициенты сбалансированного химического уравнения.

Выражение для энтальпии реакции:

ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)

Предполагая, что: a = 2 моль, b = 1 моль и c = 2 моль.

ΔH ° f (A) = 300 кДж / моль, ΔH ° f (B) = -100 кДж / моль, ΔH ° f (C) = -30 кДж. Рассчитайте ΔH ° rxn

ΔH ° rxn = 2 моль (-30 кДж / моль) - (2 моль (300 кДж / моль + 1 моль (-100 кДж / моль) = -60 кДж - (600 кДж - 100 кДж) = -560 кДж)

ΔH ° rxn = -560 кДж.

Тогда это соответствует экзотермической реакции.

Значения энтальпии образования некоторых неорганических и органических химических соединений при 25 ° C и давлении 1 атм.

Упражнения для расчета энтальпии

Упражнение 1

Найдите энтальпию реакции NO2 (г) по следующей реакции:

2NO (г) + O2 (г) 2NO2 (г)

Используя уравнение для энтальпии реакции, мы имеем:

ΔH ° rxn = ∑nпродукты H ∑nреактивные продукты Hреактивные

ΔH ° rxn = 2 моль (ΔH ° f NO2) - (2 моль ΔH ° f NO + 1 моль ΔH ° f O2)

В таблице в предыдущем разделе мы видим, что энтальпия образования кислорода равна 0 кДж / моль, поскольку кислород является чистым соединением.

ΔH ° rxn = 2 моль (33,18 кДж / моль) - (2 моль 90,25 кДж / моль + 1 моль 0)

ΔH ° rxn = -114,14 кДж

Другой способ вычисления энтальпии реакции в химической системе - это ЗАКОН HESS, предложенный швейцарским химиком Жерменом Анри Гессом в 1840 году.

Закон гласит: «Энергия, поглощаемая или выделяемая в химическом процессе, в котором реагенты превращаются в продукты, одинакова, независимо от того, осуществляется ли он в одну стадию или в несколько».

Упражнение 2.

Добавление водорода к ацетилену с образованием этана может быть выполнено в один этап:

C2H2 (г) + 2H2 (г) H3CCH3 (г) ΔH ° f = - 311,42 кДж / моль

Или это тоже может происходить в два этапа:

C2H2 (г) + H2 (г) H2C = CH2 (г) ΔH ° f = - 174,47 кДж / моль

H2C = CH2 (г) + H2 (г) H3CCH3 (г) ΔH ° f = - 136,95 кДж / моль

Сложив оба уравнения алгебраически, мы получим:

C2H2 (г) + H2 (г) H2C = CH2 (г) ΔH ° f = - 174,47 кДж / моль

H2C = CH2 (г) + H2 (г) H3CCH3 (г) ΔH ° f = - 136,95 кДж / моль

C2H2 (г) + 2H2 (г) H3CCH3 (г) ΔH ° rxn = 311,42 кДж / моль

Упражнение 3.

(Взято с сайта quimitube.com. Упражнение 26. Термодинамика закона Гесса)

Как видно из постановки задачи, появляются только некоторые числовые данные, но химические реакции не появляются, поэтому необходимо их записать.

CH3CH2OH (л) + 3O2 (г) 2CO2 (г) +3 H2O (л) ΔH1 = -1380 кДж / моль.

Значение отрицательной энтальпии записано, потому что проблема говорит о том, что происходит выделение энергии. Мы также должны учитывать, что это 10 граммов этанола, поэтому мы должны рассчитать энергию для каждого моля этанола. Для этого делается следующее:

Искомая молярная масса этанола (сумма атомных масс) равна 46 г / моль.

ΔH1 = -300 кДж (46 г) этанол = -1380 кДж / моль

10 г этанола 1 моль этанола

То же самое и с уксусной кислотой:

CH3COOH (л) + 2O2 (г) 2CO2 (г) + 2 H2O (л) ΔH2 = -840 кДж / моль

ΔH2 = -140 кДж (60 г уксусной кислоты) = - 840 кДж / моль

10 г уксусной кислоты 1 моль уксусной кислоты.

В предыдущих реакциях описано горение этанола и уксусной кислоты, поэтому необходимо написать формулу задачи, которая представляет собой окисление этанола до уксусной кислоты с образованием воды.

Это реакция, которую требует проблема. Он уже сбалансирован.

CH3CH2OH (л) + O2 (г) CH3COOH (л) + H2O (л) ΔH3 =?

Применение закона Гесса

Для этого мы умножаем термодинамические уравнения на числовые коэффициенты, чтобы сделать их алгебраическими и иметь возможность правильно организовать каждое уравнение. Это делается, когда один или несколько реагентов не входят в соответствующую часть уравнения.

Первое уравнение остается тем же, потому что этанол находится на стороне реагента, как показано уравнением задачи.

Второе уравнение необходимо умножить на коэффициент -1, чтобы уксусная кислота, которая выступает в качестве реагента, могла стать продуктом

CH3CH2OH (ж) + 3O2 (г) 2CO2 (г) + 3H2O (ж) ΔH1 = -1380 кДж / моль.

- CH3COOH (ж) - 2O2 (г) - 2CO2 (г) - 2H2O (л) ΔH2 = - (-840 кДж / моль)

CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

Они складываются алгебраически, и вот результат: уравнение, запрошенное в задаче.

CH3CH3OH (л) + O2 (г) CH3COOH (л) + H2O (л)

Определите энтальпию реакции.

Точно так же, как каждая реакция была умножена на числовой коэффициент, значение энтальпии также должно быть умножено.

ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 кДж / моль

ΔH3 = - 540 кДж / моль.

В предыдущем упражнении у этанола есть две реакции: горение и окисление.

В каждой реакции горения происходит образование СО2 и Н2О, а при окислении первичного спирта, такого как этанол, образуется уксусная кислота.

Ссылки

Седрон, Хуан Карлос, Виктория Ланда, Хуана Роблес (2011). Общая химия. Учебный материал. Лима: Папский католический университет Перу.
Химия. Libretexts. Термохимия. Взято с сайта hem.libretexts.org.
Левин, И. Физико-химия. vol.2.

ЧТО ТАКОЕ ЭНТАЛЬПИЯ? - ХИМИЯ - 2024