Ջերմաքիմիական հավասարումների վերաբերյալ քննարկման հարցի օրինակ

Ջերմաքիմիական հավասարումների հարցերի օրինակներ և քննարկում

Ջերմաքիմիան քիմիայի մի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է քիմիական ռեակցիաների, մասնավորապես ջերմափոխանակման ընթացքում տեղի ունեցող էներգիայի փոփոխությունները: Ջերմաքիմիան ներառում է այնպիսի հասկացություններ, ինչպիսիք են էնթալպիան, էնտրոպիան և Գիբսի ազատ էներգիան, որոնք օգտագործվում են ռեակցիաների ուղղությունը և ինքնաբուխությունը կանխատեսելու համար: Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք մի քանի օրինակելի խնդիրներ և կքննարկենք ջերմաքիմիական հավասարումներ:

Ջերմաքիմիայի հիմնական հասկացությունները

Նախքան օրինակելի հարցերին և դրանց քննարկմանը անցնելը, կարևոր է իմանալ ջերմաքիմիայի որոշ հիմնական հասկացություններ.

1. Էնթալպիա (H): Էնթալպիան համակարգում էներգիայի մի ձև է, որը չափվում է հաստատուն ճնշման պայմաններում: Էնթալպիայի փոփոխությունը (\( \Delta H \)) կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ.

\[ \Դելտա H = H_{արտադրանք} – H_{ռեակտիվ} \]

2. Էնդոթերմիկ և էկզոթերմիկ ռեակցիաներ.
– Էկզոթերմիկ ռեակցիաները ռեակցիաներ են, որոնք ջերմություն են անջատում շրջակա միջավայր (\( \Delta H < 0 \)): - Էնդոթերմիկ ռեակցիաները ռեակցիաներ են, որոնք ջերմություն են կլանում շրջակա միջավայրից (\( \Delta H > 0 \)):

3. Հեսսի օրենքը. Հեսսի օրենքը նշում է, որ քիմիական ռեակցիայի ընդհանուր էնթալպիայի փոփոխությունը նույնն է՝ անկախ նրանից, թե ռեակցիան տեղի է ունենում մեկ քայլով, թե մի քանի քայլով։ Այն կարելի է ձևակերպել հետևյալ կերպ.

\[ \Դելտա H_{ընդհանուր} = \Դելտա H_1 + \Դելտա H_2 + … + \Դելտա H_n \]

Հարցերի և քննարկման նմուշներ

Օրինակ՝ հարց 1. Էնթալպիայի փոփոխության հաշվարկ

Հաշվի առնելով հետևյալ ռեակցիան՝
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \աջ սլաք 2H_2O(l) \]

Եթե ​​հայտնի է, որ ջրի առաջացման էնթալպիայի փոփոխությունը (\( \Delta H_f \)) -285.8 կՋ/մոլ է։ Հաշվարկեք ռեակցիայի ընդհանուր էնթալպիայի փոփոխությունը։

Քննարկում.

Ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը (\( \Delta H_{ռեակցիա} \)) կարող է հաշվարկվել՝ օգտագործելով արգասիքների և ռեակտիվների առաջացման էնթալպիայի փոփոխությունը։

Հայտնի է.
– \[ \Դելտա H_f(H_2O(l)) = -285.8 \text{ կՋ/մոլ} \]

Քանի որ առաջանում է երկու մոլ ջուր, ռեակցիայի ընդհանուր էնթալպիայի փոփոխությունը հավասար է.
\[ \Դելտա H_{ռեակցիա} = 2(-285.8 \text{ կՋ/մոլ}) \]
\[ \Դելտա H_{ռեակցիա} = -571.6 \text{ կՋ} \]

Այսպիսով, այս ռեակցիայի ընդհանուր էնթալպիայի փոփոխությունը -571.6 կՋ է։ Այս ռեակցիան էկզոթերմ է, քանի որ \( \Delta H \)-ն բացասական է։

Օրինակ հարց 2. Հեսսի օրենքի կիրառումը

Հաշվի առնելով հետևյալ ռեակցիան՝
\[ C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2մմ} \text{(1)} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)} \]
\[ CO(գ) + 1/2 O_2(գ) \rightarrow CO_2(գ) \hspace{2մմ} \text{(3)} \]

Հայտնի է.
– \(\Դելտա H_1 = -393.5 \text{ կՋ}\)
– \(\Դելտա H_2 = -110.5 \text{ կՋ}\)

Հաշվարկեք (3) ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը։

Քննարկում.

Օգտագործեք Հեսսի օրենքը՝ (3) ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը որոշելու համար։ Նկատի ունեցեք, որ (3) ռեակցիան կարող է բաղկացած լինել (1) և (2) ռեակցիաներից։

\[ \text{Ռեակցիա } (3): CO(գ) + 1/2 O_2(գ) \rightarrow CO_2(գ) \]

Հեսսի օրենքն օգտագործելու համար շրջեք ռեակցիան (2):

\[ CO_2(գ) \rightarrow C(s) + O_2(գ) \hspace{2մմ} \text{(հակադարձ 1)}, \Delta H = +393.5 \text{ կՋ} \]

\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2մմ} \text{(2)}, \Delta H = -110.5 \text{kJ} \]

Հիմա գումարեք ռեակցիաները՝
\[ CO_2(գ) \rightarrow C(s) + O_2(գ) + 1/2 O_2(գ) \rightarrow CO(գ) + 1/2 O_2(գ) \]
\[ CO_2(գ) \rightarrow C(s) + O_2(գ) \rightarrow CO(գ) + 1/2 O_2(գ) \]

Գումարեք էնթալպիայի փոփոխությունները.
\[ \Դելտա H_{ռեակցիա} = 393.5 – 110.5 \text{ կՋ}\]
\[ \Դելտա H_{ռեակցիա} = 283.0 \text{ կՋ}\]

Այսպիսով, ռեակցիայի համար \(CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \) էնթալպիայի փոփոխությունը -283.0 կՋ է։

Օրինակ՝ հարց 3. Կալորիմետրային ռեակցիա

Տրված է 100 մլ 1.0 Մ աղաթթու (HCl) և 100 մլ 1.0 Մ նատրիումի հիդրօքսիդ (NaOH): Երբ այս երկուսը խառնվում են կալորիմետրում, ջերմաստիճանը 25.0 °C-ից բարձրանում է մինչև 31.0 °C: Եթե ջրային լուծույթի ջերմունակությունը 4.18 Ջ/գ°C է, իսկ լուծույթի խտությունը՝ 1.0 գ/մլ, հաշվարկեք չեզոքացման էնթալպիայի փոփոխությունը:

Քննարկում.

Քայլեր:

1. Հաշվարկեք լուծույթի զանգվածը.
Ընդհանուր ծավալը = 100 մլ + 100 մլ = 200 մլ
\[ \text{Զանգված} = 200 \text{գ} \] (քանի որ լուծույթի խտությունը 1 գ/մլ է)

2. Հաշվարկեք ջերմաստիճանի փոփոխությունը.
Դելտա T = 31.0 °C – 25.0 °C = 6.0 °C

3. Հաշվարկեք լուծույթի կողմից կլանված էներգիան։
q = m, c, դելտա, T
q = 200 գ անգամ 4.18 Ջ/գ°C անգամ 6.0 °C
\[ q = 5016 \text{ J} \]
\[ q = 5.016 \text{ կՋ} \]

4. Հաշվարկեք էնթալպիայի փոփոխությունը.
\[ \Դելտա H = \frac{q_{\text{լուծույթ}}}{\text{մոլ HCl}} \]
Հաշվի առնելով, որ HCl-ի և NaOH-ի մոլերը նույնն են՝
\[ \text{Մոլ HCl} = 1.0 \text{Մ} \times 0.100 \text{Լ} = 0.100 \text{մոլ} \]
\[ \Դելտա H = \frac{5.016 \text{ կՋ}}{0.100 \text{ մոլ}} \]
\[ \Դելտա H = -50.16 \text{ կՋ/մոլ} \]

Այսպիսով, HCl-ի և NaOH-ի չեզոքացման էնթալպիայի փոփոխությունը կազմում է -50.16 կՋ/մոլ, ինչը վկայում է էկզոթերմիկ ռեակցիայի մասին։

Եզրակացություն

Ջերմաքիմիան քիմիայի կարևորագույն ճյուղ է, որն օգնում է մեզ հասկանալ, թե ինչպես է էներգիան փոխակերպվում և փոխակերպվում քիմիական ռեակցիաների ժամանակ: Հասկանալով այնպիսի հիմնարար հասկացություններ, ինչպիսիք են էնթալպիան և Հեսսի օրենքը, և կարողանալով կիրառել դրանք գործնական խնդիրների մեջ, մենք կարող ենք կանխատեսել տարբեր քիմիական ռեակցիաներում տեղի ունեցող էներգիայի փոփոխությունները: Այս հոդվածում ներկայացված են մի քանի օրինակելի խնդիրներ, որոնք, հուսով ենք, կօգնեն ամրապնդել ջերմաքիմիական հավասարումների ձեր ըմբռնումը: