Прыклады пытанняў па абмеркаванні змяненняў энтальпіі ў стандартных умовах
Пендахулуан
Змяненне энтальпіі — гэта фундаментальнае паняцце тэрмахіміі, якое адыгрывае вырашальную ролю ў розных хімічных працэсах. У гэтым артыкуле мы падрабязна абмяркуем, як разлічыць і зразумець змяненне энтальпіі ў стандартных умовах, на аснове некалькіх прыкладаў задач і падрабязных дыскусій. Гэты артыкул будзе карысны студэнтам, студэнтам каледжаў і ўсім, хто вывучае хімію, каб лепш зразумець гэтую тэму.
Разуменне энтальпіі і яе змяненняў
Энтальпія (H) — гэта поўная энергія сістэмы, якая складаецца з унутранай энергіі і энергіі, звязанай з ціскам і аб'ёмам. У выпадку хімічных рэакцый нас часта цікавіць змяненне энтальпіі (ΔH), якое адлюстроўвае поўнае змяненне энергіі падчас рэакцыі пры пастаянным ціску.
Змяненне энтальпіі пры стандартных умовах (ΔH⁰) — гэта змяненне энтальпіі, калі ўсе рэагенты і прадукты знаходзяцца ў сваіх стандартных станах, гэта значыць пры ціску 1 атм і тэмпературы звычайна 25°C (298 K).
Прыклады пытанняў і абмеркаванне
Пытанне 1: Згаранне метану
Пытанне: Разлічыце стандартнае змяненне энтальпіі (ΔH⁰) пры згаранні 1 моля метану (\(CH_4\)) з дапамогай наступнага ўраўнення:
\[ CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l) \]
Вядома:
– ΔH⁰f \(CH_4(г)\) = -74.8 кДж/моль
– ΔH⁰f \(CO_2(г)\) = -393.5 кДж/моль
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 кДж/моль
Абмеркаванне:
Стандартнае змяненне энтальпіі хімічнай рэакцыі можна вылічыць з дапамогай закона Геса па наступнай формуле:
\[ \Delta H⁰ = ∑ ΔH⁰f(прадукт) – ∑ ΔH⁰f(рэагент) \]
Спачатку вызначце стандартную энтальпію ўтварэння для кожнага рэчыва ў рэакцыі:
– \(ΔH⁰f_{CH_4(г)} = -74.8 \) кДж/моль
– \(ΔH⁰f_{CO_2(г)} = -393.5 \) кДж/моль
– \(ΔH⁰f_{H_2O(l)} = -285.8 \) кДж/моль (×2 для двух моляў \(H_2O\))
Затым вылічыце суму энтальпій утварэння прадуктаў і рэагентаў:
\[ ∑ ΔH⁰f(здабытак) = [-393.5] + [2(-285.8)]
= -393.5 + (-571.6)
= -965.1 кДж/моль
\[ ∑ ΔH⁰f(рэагент) = [-74.8] + [0] \]
(Усе элементарныя злучэнні ў сваёй асноўнай форме маюць стандартную энтальпію ўтварэння 0 кДж/моль)
Затым разлічыце стандартнае змяненне энтальпіі (ΔH⁰):
\[ΔH⁰ = -965.1 – (-74.8)
= -965.1 + 74.8
= -890.3 кДж/моль
Такім чынам, стандартнае змяненне энтальпіі пры згаранні 1 моля метану складае -890.3 кДж/моль.
Пытанне 2: Рэакцыя ўтварэння вады
Пытанне: Разлічыце стандартнае змяненне энтальпіі (ΔH⁰) для ўтварэння вады з вадароду і кіслароду, зыходзячы з наступнага ўраўнення:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) \]
Вядома:
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 кДж/моль
Абмеркаванне:
Нам трэба знайсці змяненне стандартнай энтальпіі рэакцыі ад зыходных рэчываў да жаданых прадуктаў. Выкарыстоўваючы стандартную энтальпію ўтварэння:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(прадукт) – ∑ ΔH⁰f(рэагент) \]
Разлічыце энтальпію ўтварэння прадуктаў і рэагентаў:
\[
\begin{выраўнаваць}
∑ ΔH⁰f(здабытак) & = [2(-285.8)] \\
∑ ΔH⁰f(здабытак) & = -571.6 \text{ кДж/моль}
\end{выраўнаваць}
\]
\[
ΔH⁰f(H_2(г)) = 0 \text{ кДж/моль} \\
ΔH⁰f(O_2(г)) = 0 \text{ кДж/моль} \\
∑ ΔH⁰f(рэагенты) = [2(0)] + [0] = 0 \text{ кДж/моль}
\]
Затым разлічыце стандартнае змяненне энтальпіі (ΔH⁰):
\[ΔH⁰ = -571.6 \text{ кДж/моль} \]
Такім чынам, стандартнае змяненне энтальпіі для ўтварэння вады складае -571.6 кДж/моль.
Пытанне 3: Раскладанне дыяксіду азоту
Пытанне: Разлічыце стандартнае змяненне энтальпіі (ΔH⁰) для раскладання дыяксіду азоту (\(NO_2\)) на газападобны монааксід азоту (\(NO\)) і газападобны кісларод (O₂) зыходзячы з наступнага ўраўнення:
\[ 2NO_2(g) \rightarrow 2NO(g) + O_2(g) \]
Вядома:
– ΔH⁰f \(NO_2(г)\) = 33.2 кДж/моль
– ΔH⁰f \(NO(г)\) = 90.3 кДж/моль
Абмеркаванне:
Падобныя разлікі:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(прадукт) – ∑ ΔH⁰f(рэагент) \]
Разлічыце энтальпію ўтварэння прадукту:
\[
\begin{выраўнаваць}
∑ ΔH⁰f(здабытак) & = [2(ΔH⁰f_{NO(г)})] + [ΔH⁰f_{O_2(г)}] \\
& = [2(90.3)] + [0] \\
& = 180.6 \text{ кДж/моль}
\end{выраўнаваць}
\]
Разлічыце энтальпію ўтварэння рэагентаў:
\[
\begin{выраўнаваць}
∑ ΔH⁰f(рэагент) & = [2(ΔH⁰f_{NO_2(g)})] \\
& = [2(33.2)] \\
& = 66.4 \text{ кДж/моль}
\end{выраўнаваць}
\]
Разлічыце стандартнае змяненне энтальпіі (ΔH⁰):
\[ΔH⁰ = 180.6 – 66.4 = 114.2 \text{ кДж/моль} \]
Такім чынам, стандартнае змяненне энтальпіі раскладання дыяксіду азоту складае 114.2 кДж/моль.
Выснова
Разлік стандартных змен энтальпіі (ΔH⁰) з'яўляецца найважнейшым метадам у тэрмахіміі. Разумеючы, як выкарыстоўваць стандартныя энтальпіі ўтварэння і прымяняць закон Геса, мы можам вызначыць змены энергіі ў розных хімічных рэакцыях. З дапамогай прыведзеных вышэй прыкладаў задач чытачы павінны атрымаць разуменне і здольнасць разлічваць змены энтальпіі для розных хімічных рэакцый. Гэтыя веды важныя не толькі для акадэмічных даследаванняў, але і для розных прамысловых ужыванняў і навуковых даследаванняў.
