Egzanp Kesyon ki Diskite sou Antalpi ak Chanjman Antalpi
Entalpi se yon konsèp kle nan tèmodinamik chimik, yo rankontre l souvan nan divès sijè chimi, soti nan reyaksyon chimik rive nan chanjman faz. Nan atik sa a, nou pral revize plizyè pwoblèm egzanp epi diskite sou entalpi ak chanjman entalpi pou ede nou pi byen konprann konsèp la.
Konprann Entalpi
Entalpi (H) se kantite total enèji nan yon sistèm termodinamik. Li gen ladan l non sèlman enèji entèn ki estoke nan patikil yo, men tou enèji ki nesesè pou kreye espas pou patikil yo nan yon anviwònman presyon bay. Entalpi mezire an joul (J) nan Sistèm Entènasyonal la (SI).
Matematikman, entalpi defini kòm:
\[ H = U + PV \]
Ki kote:
– \( H \) se entalpi a
– \(U \) se enèji entèn lan
– \(P \) se presyon
– \(V \) se volim nan
Chanjman Entalpi
Chanjman antalpi (\( \Delta H \)) rive lè yon reyaksyon chimik oswa yon pwosesis fizik pran plas. Chanjman antalpi sa a ka defini kòm kantite chalè yon sistèm lage oswa absòbe anba yon presyon konstan. Matematikman:
\[ \Delta H = H_{\text{pwodwi}} – H_{\text{reyajan}} \]
Reyaksyon ègzotèmik yo se reyaksyon ki lage chalè nan anviwònman an, epi nan reyaksyon sa yo, \( \Delta H \) negatif. Pandansetan, yon reyaksyon andotèmik se yon reyaksyon ki absòbe chalè nan anviwònman an, epi nan reyaksyon sa a, \( \Delta H \) gen yon valè pozitif.
Egzanp Kesyon ak Diskisyon
Egzanp Kesyon 1: Chanjman nan Antalpi Konbisyon an
Kesyon:
Li konnen ke konbisyon konplè 1 mol metàn (\(CH_4\)) pwodui diyoksid kabòn (\(CO_2\)) ak dlo (\(H_2O\)). Done entalpi fòmasyon an se jan sa a:
– (ΔH_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \text{kJ/mol})
– (ΔH_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \text{kJ/mol})
– (ΔH_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \text{kJ/mol})
Kalkile chanjman entalpi a (\( \Delta H \)) nan reyaksyon konbisyon an.
Diskisyon:
Reyaksyon konbisyon metàn lan se:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
Nou ka kalkile chanjman entalpi reyaksyon an (\( \Delta H \)) lè nou itilize entalpi fòmasyon an:
\[ \Delta H = \Sigma \Delta H_f \text{pwodwi} – \Sigma \Delta H_f \text{reyajan} \]
Pwodwi:
\[ \Delta H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \text{kJ/mol} \]
\[ ΔH_f (H_2O (l)) = -285.8 \text{kJ/mol} \]
Entalpi total pwodwi yo:
(-393.5 kJ/mol) + 2 fwa (-285.8 kJ/mol) = -393.5 – 571.6 = -965.1 kJ/mol
Reyaktif:
\[ ΔH_f (CH_4 (g)) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
\[ ΔH_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(Oksijèn nan eta estanda li gen yon entalpi fòmasyon zewo.)
Entalpi total reyaktif yo:
\[ (-74.8 \text{kJ/mol}) + 2 \times(0 \text{kJ/mol}) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
Kidonk, chanjman nan entalpi a (\( \Delta H \)) se:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
\[ \Delta H = -890.3 \text{kJ/mol} \]
Kidonk, chanjman entalpi pou konbisyon 1 mol metàn se \(-890.3 \text{kJ/mol}\).
Egzanp Kesyon 2: Chanjman Antalpi nan Pwosesis Fizik
Kesyon:
Kalkile chanjman entalpi a lè 50 gram glas (\(H_2O_{(s)}\)) a 0°C fonn pou vin tounen dlo (\(H_2O_{(l)}\)) a 0°C. Li konnen ke chalè fizyon glas la (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) se 6.01 kJ/mol epi mas molè dlo a se 18 g/mol.
Diskisyon:
Premye etap la se kalkile kantite mòl glas.
\[ \text{Mòl glas} = \frac{50 \text{g}}{18 \text{g/mol}} \anviwon 2.78 \text{mol} \]
Apre sa, nou kalkile chanjman entalpi pou fonn glas la:
\[ \Delta H = n \cdot \Delta H_{\text{fus}} \]
ΔH = 2.78 mol ∫ 6.01 kJ/mol
\[ \Delta H \anviwon 16.7 \text{kJ} \]
Kidonk, chanjman entalpi a lè 50 gram glas ap fonn a 0°C se anviwon 16.7 kJ. Sa a se yon pwosesis andotèmik paske glas la absòbe chalè pou l transfòme an dlo.
Egzanp 3: Reyaksyon Hess
Kesyon:
Sèvi ak lwa Hess la pou detèmine chanjman entalpi pou reyaksyon sa a:
\[ 2 C(grafit) + 3 H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]
Gen plizyè reyaksyon ki li te ye ak chanjman entalpi respektif yo:
1. \(C(grafit) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g), \Delta H = -393.5 \text{kJ} \)
2. \(H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l), \Delta H = -285.8 \text{kJ} \)
3. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ} \)
Diskisyon:
Pou kalkile chanjman entalpi a (\( \Delta H \)) reyaksyon an, nou bezwen ranvèse epi miltipliye kèk nan reyaksyon yo pou yo koresponn ak reyaksyon sib la.
Etap:
1. Chanje reyaksyon an \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
Reyaksyon ranvèse ak divizyon:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
2. Reyaksyon \(C \rightarrow CO_2\):
\[ 4C(grafit) + 4O_2(g) \rightarrow 4CO_2(g), \Delta H = 4 \times -393.5 = -1574 \text{kJ} \]
3. Reyaksyon \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
Lè nou konbine tout bagay sa yo, nou jwenn:
\[2C(grafit) + 3H_2(g) \rightarrow C_2H_6\]
Delta H = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 kJ
Kidonk, chanjman entalpi reyaksyon 2 mòl grafit ak 3 mòl \(H_2\) pou rive nan \(C_2H_6(g)\) se -1729 kJ.
Kidonk, konprann konsèp entalpi a ak aplikasyon li nan divès kalite reyaksyon bay yon pi bon konpreyansyon sou kijan enèji enplike nan chanjman chimik ak fizik. Pwoblèm ki anwo yo se kèk egzanp yo itilize souvan nan kourikoulòm pou ranfòse konpreyansyon konsèp sa yo.
