ЕНТАЛЬПІЯ РЕАКЦІЇ: ВИЗНАЧЕННЯ, ТЕРМОХІМІЯ, ВПРАВИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Ентальпія реакції є термодинамічної функцією , яка дозволяє розрахувати тепло , отримане або доставляються в хімічній реакції, при умови , що ця реакція має місце при постійному тиску. Він визначається як внутрішня енергія U плюс добуток тиску P на об'єм V речовин, які беруть участь у хімічній реакції, так: H = U + P ∙ V

Тому ентальпія має розміри енергії, і в Міжнародній системі вимірювань вона вимірюється в джоулях. Щоб зрозуміти взаємозв'язок ентальпії з теплом, що обмінюється в хімічній реакції, необхідно пам’ятати перший закон термодинаміки, який констатує наступне: Q = ΔU + W

Малюнок 1. При спалюванні газу ентальпія зменшується. Джерело: pixabay

Перший закон встановлює, що теплообмін, що обмінюється в термодинамічному процесі, дорівнює варіації внутрішньої енергії речовин, що беруть участь у процесі, плюс роботи, виконаної цими речовинами в процесі.

У будь-якому процесі робота W обчислюється за таким співвідношенням:

У наведеному вище виразі Vi - початковий об'єм, Vf - кінцевий об'єм і P - тиск. Якщо процес здійснюється при постійному тиску Р, то отримана робота буде такою:

Де ΔV - зміна об’єму.

Визначення

Хімічні реакції - це термодинамічні процеси, які, як правило, відбуваються при постійному тиску і дуже часто при атмосферному тиску. Цей тип термодинамічного процесу називають «ізобарічним», оскільки він відбувається при постійному тиску.

У цьому випадку перший закон термодинаміки можна записати так:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Де Qp вказує, що тепло обмінювалося при постійному тиску. Якщо визначення ентальпії H = U + P ∙ V введено в попередньому виразі, то отримаємо:

Qp = ΔH

Отже, позитивна зміна ентальпії вказує на реакцію, яка забирала тепло з навколишнього середовища. Це ендотермічна реакція.

Навпаки, якщо зміни ентальпії негативні, то це екзотермічна реакція.

Насправді слово ентальпія походить від грецького слова enthalpien, що означає «нагрівати».

Ентальпію також часто називають теплом. Але має бути зрозуміло, що це не те саме, що тепло, але саме теплообмін під час термодинамічного процесу змінює ентальпію.

Зв’язок з теплом

На відміну від тепла, ентальпія є функцією стану. Підраховуючи зміну ентальпії, ви обчислюєте різницю двох функцій, які залежать виключно від стану системи, таких як внутрішня енергія та об'єм.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Оскільки тиск залишається постійним у реакції, то ентальпія реакції - це функція стану, яка залежить лише від внутрішньої енергії та об'єму.

У хімічній реакції ентальпію реагентів можна визначити як суму, що відповідає кожному з них; а кількість продуктів як сума ентальпії всіх продуктів.

Зміна ентальпії реакції - це різниця продуктів, мінус кількість реагентів:

Малюнок 2. Схема ентальпії. Джерело: саморобний.

В ендотермічній реакції ентальпія продуктів більша, ніж у реагентів; тобто реакція забирає тепло з навколишнього середовища. Навпаки, в екзотермічній реакції ентальпія реагентів більша, ніж у продуктів, оскільки реакція віддає тепло навколишньому середовищу.

Стандартна ентальпія

Оскільки зміна ентальпії хімічної реакції може залежати від тиску та температури, зазвичай визначають стандартні умови реакції:

Стандартна температура реакції: 25 ° C.

Стандартний реакційний тиск: 1 атм = 1 бар.

Стандартна ентальпія позначається так: H °

Термохімія

У термохімічному рівнянні мають значення не тільки реактиви та продукти, а також зміни ентальпії. Ентальпію розуміють як реакцію на зміну, яка відбулася під час неї.

Як приклад розглянемо наступні реакції:

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

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

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

Ентальпія - велика термодинамічна кількість

Якщо доданки хімічного рівняння множити або ділити на певний коефіцієнт, то ентальпія множиться або ділиться на однакове.

Якщо реакція зворотна, то також знак ентальпії реакції також обернений.

Розв’язані вправи

-Вправа 1

Газ ацетилену C2H2 отримують при реакції карбіду кальцію CaC2, який надходить у гранульованому вигляді з водою при температурі навколишнього середовища та тиску.

Як дані маємо ентальпії утворення реагентів:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 кДж / моль

ΔH ° (H20) = -285,8 кДж / моль

І ентальпія утворення продуктів:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 кДж / моль

ΔH ° (Са (OH) 2) = -986,0 кДж / моль

Знайдіть стандартну ентропію реакції.

Рішення

Перше, що потрібно створити збалансоване хімічне рівняння:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

А тепер ентальпії реагентів, продуктів та реакції:

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

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

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

Це екзотермічна реакція.

-Вправа 2

Коли 1 літр ацетилену спалюється за стандартних умов, скільки тепла виділяється?

Рішення

Після збалансованості реакція горіння ацетилену виглядає приблизно так:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Нам потрібні ентальпії формування продуктів:

ΔH ° (CO2) = -393,5 кДж / моль

ΔH ° (H2O (l)) = -285,8 кДж / моль

Розрахунок ентальпій

За допомогою цих даних ми можемо розрахувати ентальпію продуктів:

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

І ентальпія утворення реагентів:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 кДж / моль

ΔH ° (O2) = 0,0 кДж / моль

Ентальпія реагентів буде:

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

Ентальпія молярної реакції тоді буде: ΔH ° (продукти) - ΔH ° (реактиви) = -1072,8 кДж / моль - 227,0 кДж / моль = -1299,8 кДж / моль

Енталія горіння

Тепер нам потрібно знати, скільки молей ацетилену - це літр ацетилену за стандартних умов. Для цього ми скористаємось рівнянням стану ідеального газу, з якого будемо вирішувати кількість молей.

Кількість молей n = P * V / (R * T)

P = 1 атм = 1,013 х 10⁵ Па

V = 1 л = 1,0 х 10 ^ -3 м³

R = 8,31 Дж / (моль * К)

Т = 25 ° С = 298,15 К

n = 0,041 моль

Енталія горіння 1 л ацетилену становить 0,041 моль * (-1299,8 кДж / моль) = -53,13 кДж

Негативний знак вказує, що це екзотермічна реакція, яка вивільняє 53,13 кДж = 12,69 ккал.

Список літератури

1. Каштани Е. Ентальпія в хімічних реакціях. Відновлено з: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Термохімія. Ентальпія реакції. Відновлено з: recursostic.educacion.es
3. Термохімія. Визначення стандартної ентальпії реакції. Відновлено з: quimitube.com
4. Вікіпедія. Стандартна ентальпія реакції. Відновлено з: wikipedia.com
5. Вікіпедія. Формування ентальпії. Відновлено з: wikipedia.com