Ceistean Eisimpleir agus Deasbad mu Cho-aontaran Teirme-cheimigeach
'S e meur de cheimigeachd a th' ann an teirme-cheimigeachd a bhios a' sgrùdadh nan atharrachaidhean lùtha a thachras rè ath-bheachdan ceimigeach, gu sònraichte gluasad teas. Tha teirme-cheimigeachd a' toirt a-steach bun-bheachdan leithid enthalpy, entropy, agus lùth shaor Gibbs, a thathas a' cleachdadh gus stiùireadh agus spontaneity ath-bheachdan a ro-innse. San artaigil seo, rannsaichidh sinn grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan agus bruidhnidh sinn air co-aontaran teirme-cheimigeach.
Bun-bheachdan Teirme-cheimigeachd
Mus tèid sinn a-steach do na ceistean eisimpleireach agus an deasbad mun deidhinn, tha e cudromach beagan bhun-bheachdan teirme-cheimigeachd a bhith agad:
1. Eintalpaidh (H): 'S e cruth lùtha ann an siostam a th' ann an eintalpaidh a thèid a thomhas fo chumhachan cuideam seasmhach. Faodar an t-atharrachadh ann an eintalpaidh (\( ΔH \)) a chur an cèill mar:
[Delta H = H_{toradh} – H_{ath-bhualadair}]
2. Ath-bheachdan Endothermic agus Exothermic:
– Is e ath-bheachdan exothermic ath-bheachdan a leigeas teas a-mach don àrainneachd (ΔH < 0)). - Is e ath-bheachdan endothermic ath-bheachdan a bhios a’ gabhail a-steach teas bhon àrainneachd (ΔH > 0)).
3. Lagh Hess: Tha Lagh Hess ag ràdh gu bheil an t-atharrachadh entalpaidh iomlan ann an ath-bhualadh ceimigeach mar an ceudna ge bith a bheil an ath-bhualadh a’ tachairt ann an aon cheum no grunn cheumannan. Faodar a ràdh mar:
[ΔH_{iomlan} = ΔH_1 + ΔH_2 + … + ΔH_n]
Ceistean Eisimpleir agus Deasbad
Eisimpleir Ceist 1: A’ tomhas Atharrachadh Enthalpy
Air sgàth nan ath-bheachdan a leanas:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) \]
Ma tha fios gu bheil an t-atharrachadh enthalpy cruthachaidh (ΔH_f) uisge -285.8 kJ/mol. Obraich a-mach an t-atharrachadh enthalpy iomlan airson an ath-bhualadh.
Deasbad:
Faodar an t-atharrachadh enthalpy ann an ath-bhualadh (\( \DeltaH_{reaction} \)) obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh an atharrachaidh enthalpy ann an cruthachadh nan toraidhean agus nan ath-bhualadairean.
Tha fios air:
– [ΔH_f(H_2O(l)) = -285.8 kJ/mol]
Leis gu bheil dà mhòl uisge air an cruthachadh, is e an t-atharrachadh enthalpy iomlan den ath-bhualadh:
[ΔH_{ath-bhualadh} = 2(-285.8 kJ/mol)]
[ΔH_{ath-bhualadh} = -571.6 kJ]
Mar sin, is e -571.6 kJ an t-atharrachadh entalpy iomlan airson an ath-bhualadh seo. Tha an ath-bhualadh seo eisitearmach oir tha ΔH àicheil.
Eisimpleir Ceist 2: Cleachdadh Lagh Hess
Air sgàth nan ath-bheachdan a leanas:
[C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(1)} \]
[C(s) + 1/2 O_²(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)} \]
[CO(g) + 1/2 O₂(g) ∫CO₂(g) ∫space{2mm} (3)]
Tha fios air:
– (Delta H1 = -393.5 kJ)
– (Delta H2 = -110.5 kJ)
Obraich a-mach an t-atharrachadh enthalpy airson ath-bhualadh (3).
Deasbad:
Cleachd Lagh Hess gus an t-atharrachadh enthalpy airson ath-bhualadh (3) a dhearbhadh. Thoir an aire gum faod ath-bhualadh (3) a bhith air a dhèanamh suas de ath-bheachdan (1) agus (2):
[\text{Freagairt} (3): CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \]
Ath-bhualadh (2) a thionndadh bun os cionn gus Lagh Hess a chleachdadh:
[CO₂(g)₂C(s) + O₂(g)₂hspace{2mm} (inbhir 1)), ΔH = +393.5 kJ
[C(s) + 1/2 O_2(g) CO(g) hspace{2mm} (2), ΔH = -110.5 kJ]
A-nis cuir na freagairtean ri chèile:
[CO₂(g) C(s) + O₂(g) + 1/2 O₂(g) CO(g) + 1/2 O₂(g)]
[CO₂(g) C(s) + O₂(g) CO(g) + 1/2 O₂(g)]
Cuir na h-atharrachaidhean enthalpy ri chèile:
[ΔH_{ath-bhualadh} = 393.5 – 110.5 kJ]
[ΔH_{ath-bhualadh} = 283.0 kJ]
Mar sin, airson an ath-bhualadh (CO(g) + 1/2 O₂(g)₂ CO₂(g)), tha an t-atharrachadh enthalpy -283.0 kJ.
Eisimpleir Ceist 3: Ath-bhualadh Calorimeter
Ma thèid 100 mL de dh’aigéad haidreaclórach (HCl) 1.0 M agus 100 mL de haidreocsaid sodium (NaOH) 1.0 M a mheasgachadh ann an calorimeter, bidh an teòthachd ag èirigh bho 25.0 °C gu 31.0 °C. Ma tha comas teas an fhuasglaidh uisgeach 4.18 J/g°C agus dùmhlachd an fhuasglaidh 1.0 g/mL, obraich a-mach an t-atharrachadh enthalpy neodrachaidh.
Deasbad:
Ceumannan:
1. Obraich a-mach mais an fhuasglaidh:
\[ \text{Meud iomlan} = 100 \text{ mL} + 100 \text{ mL} = 200 \text{ mL} \]
\[ \text{Mass} = 200 \text{ g} \] (leis gu bheil dùmhlachd an fhuasglaidh 1 g/mL)
2. Obraich a-mach an t-atharrachadh teòthachd:
[ΔT = 31.0 °C – 25.0 °C = 6.0 °C]
3. Obraich a-mach an lùth a chaidh a ghabhail a-steach leis an fhuasgladh:
[q = m ⋅c ⋅DeltaT]
[q = 200 g × 4.18 J/g°C × 6.0 °C]
\[q = 5016 \text{J} \]
[q = 5.016 kJ]
4. Obraich a-mach an t-atharrachadh entalpaidh:
[ΔH = \frac{q_{fuasgladh}}{\mol HCl}]
A’ beachdachadh gu bheil na mòlan de HCl agus NaOH mar an ceudna:
[Mòlan HCl = 1.0 M × 0.100 L = 0.100 mol]
[ΔH = 5.016 kJ/0.100 mol]
[ΔH = -50.16 kJ/mol]
Mar sin, tha an t-atharrachadh enthalpy airson neodrachadh HCl agus NaOH -50.16 kJ/mol, a tha a’ nochdadh ath-bhualadh exothermic.
Co-dhùnadh
’S e meur deatamach de cheimigeachd a th’ ann an teirme-cheimigeachd a chuidicheas sinn le bhith a’ tuigsinn mar a thèid lùth atharrachadh agus a thionndadh ann an ath-bheachdan ceimigeach. Le bhith a’ tuigsinn bun-bheachdan mar enthalpy agus lagh Hess, agus le bhith comasach air an cur an sàs ann an duilgheadasan practaigeach, is urrainn dhuinn ro-innse dè na h-atharrachaidhean lùtha a thachras ann an diofar ath-bheachdan ceimigeach. Tha an artaigil seo air grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan a thaisbeanadh a tha sinn an dòchas a chuidicheas le bhith a’ neartachadh do thuigse air co-aontaran teirme-cheimigeach.
