Ստանդարտ պայմաններում էնթալպիայի փոփոխությունների վերաբերյալ հարցերի օրինակներ
Պենդահուլուան
Էնթալպիայի փոփոխությունը ջերմաքիմիայի հիմնարար հասկացություն է, որը կարևոր դեր է խաղում տարբեր քիմիական պրոցեսներում: Այս հոդվածում մենք մանրամասն կքննարկենք, թե ինչպես հաշվարկել և հասկանալ էնթալպիայի փոփոխությունը ստանդարտ պայմաններում՝ մի քանի օրինակելի խնդիրների և համապարփակ քննարկումների միջոցով: Այս հոդվածը օգտակար կլինի ուսանողների, քոլեջի ուսանողների և քիմիա ուսումնասիրող յուրաքանչյուրի համար՝ այս թեման ավելի լավ հասկանալու համար:
Էնթալպիայի և դրա փոփոխությունների ըմբռնումը
Էնթալպիան (H) համակարգի ընդհանուր էներգիան է, որը բաղկացած է ներքին էներգիայից և ճնշման ու ծավալի հետ կապված էներգիայից: Քիմիական ռեակցիաների դեպքում մեզ հաճախ հետաքրքրում է էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH), որը արտացոլում է ռեակցիայի ընթացքում ընդհանուր էներգիայի փոփոխությունը հաստատուն ճնշման դեպքում:
Ստանդարտ պայմաններում էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH⁰) էնթալպիայի այն փոփոխությունն է, երբ բոլոր ռեակտիվ նյութերը և արգասիքները գտնվում են իրենց ստանդարտ վիճակներում, այսինքն՝ 1 մթնոլորտային ճնշման և սովորաբար 25°C (298 K) ջերմաստիճանի դեպքում։
Հարցերի և քննարկման նմուշներ
Հարց 1. Մեթանի այրում
Հարց՝ Հաշվարկեք 1 մոլ մեթանի (\(CH_4\)) այրման ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH⁰)՝ հիմնվելով հետևյալ հավասարման վրա.
\[ CH_4(g) + 2O_2(g) \աջ սլաք CO_2(g) + 2H_2O(l) \]
Հայտնի է.
– ΔH⁰f \(CH_4(g)\) = -74.8 կՋ/մոլ
– ΔH⁰f \(CO_2(գ)\) = -393.5 կՋ/մոլ
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 կՋ/մոլ
Քննարկում.
Քիմիական ռեակցիայի ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը կարող է հաշվարկվել Հեսսի օրենքի միջոցով հետևյալ բանաձևով՝
\[ \Դելտա H⁰ = ∑ ΔH⁰f(արտադրանք) – ∑ ΔH⁰f(ռեակտիվ) \]
Նախ, որոշեք ռեակցիայի մեջ յուրաքանչյուր նյութի առաջացման ստանդարտ էնթալպիան.
– \( ΔH⁰f_{CH_4(g)} = -74.8 \) կՋ/մոլ
– \( ΔH⁰f_{CO_2(գ)} = -393.5 \) կՋ/մոլ
– \( ΔH⁰f_{H_2O(l)} = -285.8 \) կՋ/մոլ (×2 երկու մոլի համար \(H_2O\))
Այնուհետև հաշվարկեք արգասիքների և ռեակտիվների առաջացման էնթալպիաների գումարը՝
\[ ∑ ΔH⁰f(արտադրյալ) = [-393.5] + [2(-285.8)]
= -393.5 + (-571.6)
= -965.1 կՋ/մոլ}
\[ ∑ ΔH⁰f(ռեակտիվ նյութ) = [-74.8] + [0] \]
(Բոլոր տարրական միացությունները իրենց հիմնային տեսքով ունեն 0 կՋ/մոլ առաջացման ստանդարտ էնթալպիա)
Այնուհետև հաշվարկեք ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = -965.1 – (-74.8)
= -965.1 + 74.8
= -890.3 կՋ/մոլ}
Այսպիսով, 1 մոլ մեթանի այրման համար ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը -890.3 կՋ/մոլ է։
Հարց 2. Ջրի առաջացման ռեակցիա
Հարց՝ Հաշվարկեք ջրածնից և թթվածնից ջրի առաջացման ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH⁰)՝ հիմնվելով հետևյալ հավասարման վրա.
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \աջ սլաք 2H_2O(l) \]
Հայտնի է.
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 կՋ/մոլ
Քննարկում.
Մենք պետք է գտնենք սկզբնական նյութերից ցանկալի արգասիքներին ռեակցիայի ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը։ Օգտագործելով առաջացման ստանդարտ էնթալպիան՝
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(արտադրանք) – ∑ ΔH⁰f(ռեակտիվ նյութ) \]
Հաշվարկեք արգասիքների և ռեակտիվների առաջացման էնթալպիան.
\[
\begin{հավասարեցնել}
∑ ΔH⁰f(արտադրյալ) & = [2(-285.8)] \\
∑ ΔH⁰f(արտադրյալ) & = -571.6 \text{ կՋ/մոլ}
\end{հավասարեցնել}
\]
\[
ΔH⁰f(H_2(գ)) = 0 \text{ կՋ/մոլ} \\
ΔH⁰f(O_2(գ)) = 0 \text{ կՋ/մոլ} \\
∑ ΔH⁰f(ռեակտիվ նյութեր) = [2(0)] + [0] = 0 \text{ կՋ/մոլ}
\]
Այնուհետև հաշվարկեք ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = -571.6 \text{ կՋ/մոլ} \]
Այսպիսով, ջրի առաջացման ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը -571.6 կՋ/մոլ է։
Հարց 3. Ազոտի երկօքսիդի քայքայումը
Հարց՝ Հաշվարկեք ազոտի երկօքսիդի (\(NO_2\)) ազոտի մոնօքսիդի (\(NO\)) և թթվածնի (O₂) քայքայման ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH⁰)՝ հետևյալ հավասարման հիման վրա.
\[ 2NO_2(g) \աջ սլաք 2NO(g) + O_2(g) \]
Հայտնի է.
– ΔH⁰f \(NO_2(գ)\) = 33.2 կՋ/մոլ
– ΔH⁰f \(NO(g)\) = 90.3 կՋ/մոլ
Քննարկում.
Նմանատիպ հաշվարկներ.
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(արտադրանք) – ∑ ΔH⁰f(ռեակտիվ նյութ) \]
Հաշվարկեք արտադրանքի առաջացման էնթալպիան՝
\[
\begin{հավասարեցնել}
∑ ΔH⁰f(արտադրյալ) & = [2( ΔH⁰f_{NO(g)} )] + [ ΔH⁰f_{O_2(g)}] \\
& = [2(90.3)] + [0] \\
& = 180.6 \text{ կՋ/մոլ}
\end{հավասարեցնել}
\]
Հաշվարկեք ռեակտիվների առաջացման էնթալպիան՝
\[
\begin{հավասարեցնել}
∑ ΔH⁰f(ռեակտիվ նյութ) & = [2( ΔH⁰f_{NO_2(g)} )] \\
& = [2(33.2)] \\
& = 66.4 \text{ կՋ/մոլ}
\end{հավասարեցնել}
\]
Հաշվարկեք ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = 180.6 – 66.4 = 114.2 \text{ կՋ/մոլ} \]
Այսպիսով, ազոտի երկօքսիդի քայքայման համար ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունը 114.2 կՋ/մոլ է։
Եզրակացություն
Ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխությունների (ΔH⁰) հաշվարկը ջերմաքիմիայի կարևորագույն տեխնիկա է: Հասկանալով, թե ինչպես օգտագործել առաջացման ստանդարտ էնթալպիաները և կիրառել Հեսսի օրենքը, մենք կարող ենք որոշել էներգիայի փոփոխությունները տարբեր քիմիական ռեակցիաներում: Վերը նշված օրինակելի խնդիրների միջոցով ընթերցողներից ակնկալվում է, որ նրանք կստանան պատկերացումներ և կարողություններ տարբեր քիմիական ռեակցիաների էնթալպիայի փոփոխությունները հաշվարկելու համար: Այս գիտելիքները կարևոր են ոչ միայն ակադեմիական ուսումնասիրությունների, այլև տարբեր արդյունաբերական կիրառությունների և գիտական հետազոտությունների համար:
