Hoe om die entalpie van `n chemiese reaksie te bereken

Tydens enige chemiese reaksie kan hitte van die omgewing ingeneem word of daarin vrygestel word. Die hitte-uitruiling tussen `n chemiese reaksie en die omgewing daarvan staan ​​bekend as die entalpie van reaksie, of h. H kan egter nie direk gemeet word nie - in plaas daarvan gebruik wetenskaplikes die kleingeld in die temperatuur van `n reaksie oor tyd om die kleingeld in entalpie oor tyd (aangedui as ΔH). Met ΔH kan `n wetenskaplike bepaal of `n reaksie hitte gee (of "is eksotermies") of hitte inneem (of "is endotermies"). Oor die algemeen, ΔH = m x s x Δt, Waar M die massa van die reaktanse is, is S die spesifieke hitte van die produk, en Δt is die verandering in temperatuur van die reaksie.

Stappe

Metode 1 van 3:
Oplossing van entalpie probleme
  1. Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 1
1. Bepaal jou reaksie se produkte en reaktante. Enige chemiese reaksie behels twee kategorieë van chemikalieë - produkte en reaktante. Produkte is die chemikalieë geskep deur die reaksie, terwyl reaktante die chemikalieë is wat Interaksie, kombineer of afbreek Om die produk te maak. Met ander woorde, die reaktanse van `n reaksie is soos die bestanddele in `n resep, terwyl die produkte soos die voltooide gereg is. Om ΔH vir `n reaksie te vind, identifiseer eers sy produkte en reaktante.
  • As voorbeeld, kom ons sê ons wil die entalpie van reaksie vind vir die vorming van water uit waterstof en suurstof: 2H2 (Waterstof) + o2 (Suurstof) → 2h2O (water). In hierdie vergelyking, H2 en O2 is die reaktanse en H2O is die produk.
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 2
    2. Bepaal die totale massa van die reaktanse. Vind die massas van jou reaktanse. As jy nie hul massas ken nie en nie die reaktanse in `n wetenskaplike balans kan weeg nie, kan jy hul molêre massas gebruik om hul werklike massas te vind. Molêre massas is konstantes wat op standaard periodieke tabelle (vir individuele elemente) en in ander chemiese hulpbronne (vir molekules en verbindings) gevind kan word. Vermenigvuldig die molêre massa van elke reaktant deur die aantal mol wat gebruik word om die reaktante se massas te vind.
  • In ons water voorbeeld is ons reaktanse waterstof en suurstofgasse, wat molêre massas van 2G en 32 g het onderskeidelik. Aangesien ons 2 mol waterstof gebruik het (aangedui deur die "2" Koëffisiënt in die vergelyking langs H2) en 1 mol suurstof (aangedui deur geen koëffisiënt langs O nie2), kan ons die totale massa van die reaktante soos volg bereken:
    2 × (2g) + 1 × (32g) = 4G + 32G = 36g
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 3
    3. Vind die spesifieke hitte van jou produk. Volgende, vind die spesifieke hitte van die produk wat jy analiseer. Elke element of molekule het `n spesifieke hitte waarde wat daarmee gepaard gaan: Hierdie waardes is konstantes en is gewoonlik in chemiese hulpbronne (soos byvoorbeeld in tabelle aan die agterkant van `n chemie handboek). Daar is verskillende maniere om spesifieke hitte te meet, maar vir ons formule gebruik ons ​​waarde wat in die eenhede joule / gram ° C gemeet word, gebruik.
  • Let daarop dat indien u vergelyking verskeie produkte het, u die entalpieberekening moet uitvoer vir die komponentreaksie wat gebruik word om elke produk te produseer, voeg dit saam om die entalpie vir die hele reaksie te vind.
  • In ons voorbeeld is die finale produk water, wat `n spesifieke hitte van ongeveer het 4.2 joule / gram ° C.
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 4
    4. Vind die verskil in temperatuur na die reaksie. Volgende vind ons Δt, die verandering in temperatuur van voor die reaksie na na die reaksie. Trek die aanvanklike temperatuur (of T1) van die reaksie van die finale temperatuur (of T2) af om hierdie waarde te bereken. Soos in die meeste chemie werk, moet Kelvin (k) temperature hier gebruik word (alhoewel Celsius (C) dieselfde resultate sal gee).
  • Vir ons voorbeeld, laat ons sê dat ons reaksie op sy begin 185K was, maar het tot 95k afgekoel toe dit klaar is. In hierdie geval sal Δt soos volg bereken word:
    ΔT = T2 - T1 = 95K - 185K = -90k
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 5
    5. Gebruik die formule ΔH = m x s x Δt om op te los. Sodra jy M, die massa van jou reaktanse, S, die spesifieke hitte van jou produk en Δt het, die temperatuur van jou reaksie, is jy bereid om die entalpie van reaksie te vind. Sluit eenvoudig jou waardes in die formule ΔH = m x s x Δt en vermenigvuldig om op te los. Jou antwoord sal in die eenheid van energie-joules wees (J).
  • Vir ons voorbeeldprobleem sal ons die entalpie van reaksie soos volg vind:
    ΔH = (36g) × (4.2 jk-1 g-1) × (-90k) =-13,608 J
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 6
    6. Bepaal of jou reaksie energie wen of verloor. Een van die mees algemene redes wat ΔH vir verskeie reaksies bereken word, is om te bepaal of die reaksie eksotermies is (verloor energie en gee hitte af) of endotermies (kry energie en absorbeer hitte). As die teken van u finale antwoord vir ΔH positief is, is die reaksie endotermies. Aan die ander kant, as die teken negatief is, is die reaksie eksotermies. Hoe groter die getal self is, hoe meer exo- of endotermies is die reaksie. Pasop sterk eksotermiese reaksies - dit kan soms `n groot vrystelling van energie aandui, wat, indien vinnig genoeg, `n ontploffing kan veroorsaak.
  • In ons voorbeeld is ons finale antwoord -13608 J. Aangesien die teken negatief is, weet ons dat ons reaksie is eksotermies. Dit maak sin - h2 en o2 is gasse, terwyl h2O, die produk is `n vloeistof. Die warm gasse (in die vorm van stoom) moet energie in die omgewing in die vorm van hitte vrylaat om af te koel tot die punt dat hulle vloeibare water kan vorm, wat beteken dat die vorming van h2O is eksotermies.
    • Metode 2 van 3:
    Skatting van entalpie
    1. Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 7
    1. Gebruik Bond Energies om entalpie te skat. Byna alle chemiese reaksies behels die vorming of verbreking van bindings tussen atome. Aangesien energie in `n chemiese reaksie nie vernietig kan word of geskep kan word nie, as ons die energie wat benodig word om die effekte (of gebreek) in die reaksie te vorm of te verbreek, kan ons die entalpieverandering vir die hele reaksie met hoë akkuraatheid kan skat. Deur hierdie effekte energieë op te tel.
    • Byvoorbeeld, laat ons die reaksie H oorweeg2 + F2 → 2hf. In hierdie geval moet die energie wat nodig is om die H-atome in die H te breek2 Molekule uitmekaar is 436 kJ / mol, terwyl die energie benodig vir f2 is 158 kJ / mol. Ten slotte is die energie wat nodig is om HFFROM H en F te vorm = -568 KJ / MOL. Ons vermenigvuldig dit met 2 omdat die produk in die vergelyking is 2HF, gee ons 2 × -568 = -1136 kJ / mol. Voeg dit alles by, kry ons:
      436 + 158 + -1136 = -542 KJ / MOL.
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 8
    2. Gebruik entalpies van vorming om entalpie te skat. Entalpies van vorming is ΔH waardes wat die entalpie verander van reaksies wat gebruik word om gegewe chemikalieë te skep. As u die entalpies van die vorming ken wat benodig word om produkte en reaktante in `n vergelyking te skep, kan u dit byvoeg om die entalpie baie te skat as wat u met effektemergies soos hierbo beskryf het.
  • Byvoorbeeld, kom ons kyk na die reaksie c2H5Oh + 3o2 → 2co2 + 3H2O. In hierdie geval ken ons die entalpies van vorming vir die volgende reaksies:
    C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.52 = 228 kJ / mol
    2c + 2o2 → 2co2 = -394 × 2 = -788 kJ / mol
    3H2 + 1.5 o2 → 3h2O = -286 × 3 = -858 kJ / mol
    Aangesien ons hierdie vergelykings kan byvoeg om te kry2H5Oh + 3o2 → 2co2 + 3H2O, die reaksie wat ons probeer om die entalpie te vind, kan ons eenvoudig die entalpies van die vormingsreaksies hierbo byvoeg om die entalpie van hierdie reaksie soos volg te vind:
    228 + -788 + -858 = -1418 KJ / MOL.
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 9
    3. Moenie vergeet om tekens te verander wanneer hulle vergelykings omkeer nie. Dit is belangrik om daarop te let dat wanneer u die entalpies van die vorming gebruik om die entalpie van `n reaksie te bereken, u die teken van die entalpie van die vorming moet omkeer wanneer u die vergelyking van die komponentreaksie omkeer. Met ander woorde, as jy een of meer van jou vormingsreaksievergelykings agteruit moet draai om al jou produkte en reaktanse behoorlik te kanselleer, omskep die teken op die entalpies van die vormingsreaksies wat jy moes flip.
  • Let op in die bostaande voorbeeld dat die vormingsreaksie wat ons vir C gebruik2H5O is agteruit. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.52 toon c2H5O breek af, nie gevorm word nie. Omdat ons die vergelyking omgedraai het om al die produkte en reaktanse te kry om behoorlik te kanselleer, het ons die teken op die entalpie van die vorming omgekeer om ons 228 kJ / mol te gee. In werklikheid, die entalpie van die vorming vir c2H5O is -228 kJ / mol.
    • Metode 3 van 3:
    Waarneming van entalpie verander eksperimenteel
    1. Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 10
    1. Gryp `n skoon houer en vul dit met water. Dit is maklik om die beginsels van entalpie in aksie te sien met `n eenvoudige eksperiment. Om seker te maak dat die reaksie in u eksperiment sal plaasvind sonder enige buitelandse besoedeling, skoon en steriliseer die houer wat u beplan om te gebruik. Wetenskaplikes gebruik spesiale geslote houers genaamd kalorimeters om entalpie te meet, maar jy kan redelike resultate behaal met enige klein glaskruik of fles. Ongeag die houer wat jy gebruik, vul dit met skoon, kamertemperatuur kraanwater. Jy sal ook die reaksie iewers binnenshuis met `n koel temperatuur wil uitvoer.
    • Vir hierdie eksperiment wil jy `n redelike klein houer hê. Ons sal die entalpie-veranderende effekte van alka-seltzer op water toets, dus die minder water wat gebruik word, hoe meer duidelik sal die temperatuurverandering wees.
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 11
    2. Plaas `n termometer in die houer. Gryp `n termometer en stel dit in die houer sodat die temperatuurleesing onder die watervlak sit. Neem `n temperatuur lees van die water - vir ons doeleindes sal die temperatuur van die water T1 verteenwoordig, die aanvanklike temperatuur van die reaksie.
  • Kom ons sê dat ons die temperatuur van die water meet en vind dat dit presies 10 grade c is. In `n paar stappe sal ons hierdie monster temperatuur lees lees om die skoolhoofde van entalpie te demonstreer.
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 12
    3. Voeg een alka-seltzer-tablet by die houer. Wanneer jy gereed is om die eksperiment te begin, val `n enkele alka-seltzer-tablet in die water. Jy moet sien dat dit onmiddellik begin bubble en fizz. Soos die tablet in die water oplos, breek dit in die chemikalieë bikarbonaat (HCO3) en sitroensuur (wat in die vorm van waterstofione reageer, H). Hierdie chemikalieë reageer om water en koolstofdioksiedgas in die reaksie 3hco te vorm3 + 3h → 3h2O + 3CO2.
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 13
    4. Meet die temperatuur wanneer die reaksie afwerk. Monitor die reaksie soos dit voortgaan - die alka-seltzer-tablet moet geleidelik oplos. Sodra die tablet sy reaksie voltooi het (of blykbaar met `n kruip vertraag het), meet die temperatuur weer. Die water moet effens kouer wees as voorheen. As dit warmer is, kan die eksperiment deur `n buitekrag geraak word (soos byvoorbeeld, as die kamer waarin jy is, veral warm is).
  • Vir ons voorbeeld eksperimente, laat ons sê dat die temperatuur van die water 8 grade C is nadat die tablet fizzing is.
  • Beeld getiteld bereken die entalpie van `n chemiese reaksie Stap 14
    5. Skat die entalpie van die reaksie. In `n ideale eksperiment, wanneer jy die alka-seltzer-tablet by die water voeg, vorm dit water en koolstofdioksiedgas (laasgenoemde kan waargeneem word as fizzingborrels) en veroorsaak dat die temperatuur van die water val. Uit hierdie inligting sal ons verwag dat die reaksie endotermies sal wees - dit is een wat energie absorbeer van die omliggende omgewing. Die opgeloste vloeibare reaktanse benodig ekstra energie om die sprong na die gasvorm te maak, dus dit neem energie in die vorm van hitte uit sy omgewing (in hierdie geval, water). Dit laat die water se temperatuur val.
  • In ons voorbeeld eksperiment het die temperatuur van die water twee grade geval nadat die Alka-seltzer gevoeg is. Dit is in ooreenstemming met die soort sagte endotermiese reaksie wat ons verwag.

    • Wenke

    Hierdie berekeninge word gedoen deur Kelvin (K) - `n skaal vir temperatuurmeting, net soos die sentigrade. Om te skakel tussen die CentiNade en die Kelvin, voeg jy net 273 grade by of trek dit af: K = ° C + 273.
    Deel op sosiale netwerke:
    Soortgelyk