Прыклад пытанняў для абмеркавання па тэрмахіміі
Пендахулуан
Тэрмахімія — гэта раздзел хіміі, які вывучае сувязь паміж хімічнымі рэакцыямі і зменамі энергіі, асабліва ў форме цяпла. Гэта важная тэма ў фізічнай хіміі, таму што яна дапамагае нам зразумець, як энергія перадаецца і трансфармуецца падчас хімічных рэакцый. У гэтым артыкуле мы абмяркуем некалькі прыкладаў задач па тэрмахіміі, каб дапамагчы ўдакладніць гэтыя паняцці.
Прыклад пытання 1: Змена энтальпіі згарання
Пытанне:
Энтальпія згарання (ΔHc) этанолу (C2H5OH) складае -1367 кДж/моль. Вызначце колькасць энергіі, якая вызваляецца пры поўным згаранні 2 моляў этанолу!
Абмеркаванне:
Змена энтальпіі згарання (ΔHc) — гэта энергія, якая вызваляецца пры поўным згаранні аднаго моля рэчыва ў кіслародзе. Для этанолу ΔHc = -1367 кДж/моль.
Калі згараць 2 молі этанолу, то вызваляецца энергія:
Вызваленне энергіі = 2 моль/(-1367 кДж/моль)
\[ \text{Энергія разраду} = -2734 \, \text{кДж} \]
Такім чынам, калі 2 молі этанолу цалкам згараюць, вызваляецца энергія -2734 кДж.
Прыклад пытання 2: Разлік энтальпіі рэакцыі па дадзеных энтальпіі ўтварэння
Пытанне:
Выкарыстайце наступныя стандартныя дадзеныя энтальпіі ўтварэння для разліку энтальпіі рэакцыі ўтварэння вадзяной пары:
– (ΔH_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(г)) = 0 \, \text{кДж/моль}\)
– (ΔH f (O² (г)) = 0 кДж/моль)
– (ΔH_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(г)) = -241.8 \, \text{кДж/моль})
Рэакцыя:
\[ \text{H}_2(г) + \frac{1}{2}\text{O}_2(г) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(г) \]
Абмеркаванне:
Энтальпію рэакцыі (ΔH_{\text{rxn}}\) можна разлічыць, выкарыстоўваючы стандартную энтальпію ўтварэння (ΔH_{\text{f}}^{\circ}\)) па формуле:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{прадукт} – \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{рэагенты} \]
Для гэтай рэакцыі:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) – \left[ \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) + \frac{1}{2} \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) \right] \]
Увядзіце значэнне энтальпіі ўтварэння:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{кДж/моль} – \left[0 + \frac{1}{2} \times 0 \right] \]
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{кДж/моль} \]
Такім чынам, энтальпія рэакцыі ўтварэння вадзяной пары складае -241.8 кДж/моль.
Прыклад пытання 3: Закон Геса
Пытанне:
Вызначце змяненне энтальпіі (ΔH) для наступнай рэакцыі:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Выкарыстоўвайце наступныя дадзеныя:
1. \(\text{C(s)} + \text{O}_2(г) \rightarrow \text{CO}_2(г) \, \Delta H = -393.5 \, \text{кДж}\)
2. \(\text{CO(г)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(г) \rightarrow \text{CO}_2(г) \, \Delta H = -283.0 \, \text{кДж}\)
Абмеркаванне:
Выкарыстайце закон Геса, які сцвярджае, што калі хімічную рэакцыю можна выразіць як суму некалькіх іншых рэакцый, то змена энтальпіі ўсёй рэакцыі роўная суме змяненняў энтальпіі гэтых рэакцый.
Крок 1: Запішыце рэакцыю, якую трэба адмяніць або змяніць, каб яна адпавядала мэтавай рэакцыі:
– Рэакцыя (1): \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{кДж}\)
– Рэакцыя (2): \(\text{CO(г)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(г) \rightarrow \text{CO}_2(г) \, \Delta H = -283.0 \, \text{кДж}\)
Крок 2: Зваротная рэакцыя (2) і змяненне знака \(\Delta H\):
\[ \text{CO}_2(г) \rightarrow \text{CO(г)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(г) \, \Delta H = 283.0 \, \text{кДж} \]
Крок 3: Дадайце рэакцыю (1) і адваротную рэакцыю (2):
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(г) \rightarrow \text{CO}_2(г) \, \Delta H = -393.5 \, \text{кДж} \]
\[ \text{CO}_2(г) \rightarrow \text{CO(г)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(г) \, \Delta H = 283.0 \, \text{кДж} \]
Крок 4: Дадайце дзве рэакцыі:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(г) + \text{CO}_2(г) \rightarrow \text{CO}_2(г) + \text{CO(г)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(г) \]
Спрошчэнне прыводзіць да:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Агульная змена энтальпіі (ΔH):
\[ \Delta H = -393.5 \, \text{кДж} + 283.0 \, \text{кДж} = -110.5 \, \text{кДж} \]
Такім чынам, змена энтальпіі рэакцыі складае -110.5 кДж.
Прыклад пытання 4: Каларыметрыя
Пытанне:
У каларыметрычным эксперыменце 50 г вады (c = 4.18 Дж/г°C) награваюць ад 25°C да 75°C. Разлічыце неабходную колькасць цеплыні (q).
Абмеркаванне:
Колькасць цяпла (q), неабходнага для нагрэву вады, можна разлічыць па формуле:
\[q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
– m = маса вады = 50 г
– c = удзельная цеплаёмістасць = 4.18 Дж/г°C
– \(\Delta T = \) змена тэмпературы \( = 75°C – 25°C = 50°C \)
\[ q = 50 \, \text{г} \times 4.18 \, \text{Дж/г°C} \times 50°C \]
\[q = 10450 \, \text{J} \]
Такім чынам, колькасць цяпла, неабходная для нагрэву 50 г вады ад 25°C да 75°C, складае 10450 Дж.
Закрыццё
Абмеркаванне прыведзеных вышэй прыкладаў задач дае падрабязны агляд таго, як тэрмахімічныя канцэпцыі можна прымяніць для вырашэння розных праблем, звязаных з хімічнымі рэакцыямі і пераўтварэннямі энергіі. Тэрмахімія мае вырашальнае значэнне ў розных галінах, у тым ліку ў прамысловасці, энергетыцы і навуковых даследаваннях, таму што яна дазваляе нам разумець і маніпуляваць пераўтварэннямі энергіі, якія адбываюцца ў хімічных рэакцыях. Добра разумеючы тэрмахімію, мы можам распрацоўваць больш эфектыўныя працэсы і распрацоўваць новыя, больш экалагічна чыстыя тэхналогіі.
