Термохимиялык теңдемелер боюнча мисал суроолор жана талкуу
Термохимия - химиялык реакциялар учурунда пайда болгон энергиянын өзгөрүшүн, айрыкча жылуулук алмашууну изилдеген химиянын бир тармагы. Термохимия энтальпия, энтропия жана Гиббстин эркин энергиясы сыяктуу түшүнүктөрдү камтыйт, алар реакциялардын багытын жана стихиялуулугун алдын ала айтуу үчүн колдонулат. Бул макалада биз бир нече мисал маселелерди карап чыгып, термохимиялык теңдемелерди талкуулайбыз.
Термохимиянын негизги түшүнүктөрү
Мисал суроолорго жана аларды талкуулоого өтүүдөн мурун, термохимиянын кээ бир негизги түшүнүктөрүн билүү маанилүү:
1. Энтальпия (Н): Энтальпия – бул туруктуу басым шарттарында өлчөнө турган системадагы энергиянын бир түрү. Энтальпиянын өзгөрүшүн (\( \Delta Н\)) төмөнкүдөй туюнтса болот:
\[ \Дельта H = H_{продукт} – H_{реактив} \]
2. Эндотермикалык жана экзотермикалык реакциялар:
– Экзотермикалык реакциялар – бул айлана-чөйрөгө жылуулук бөлүп чыгаруучу реакциялар (\( \Delta H < 0 \)). - Эндотермикалык реакциялар – бул айлана-чөйрөдөн жылуулукту сиңирип алуучу реакциялар (\( \Delta H > 0 \)).
3. Гесс мыйзамы: Гесс мыйзамы боюнча, химиялык реакциянын жалпы энтальпиясынын өзгөрүшү реакция бир же бир нече кадам менен жүрсө да бирдей болот. Аны төмөнкүдөй айтууга болот:
\[ \Дельта H_{жалпы} = \Дельта H_1 + \Дельта H_2 + … + \Дельта H_n \]
Үлгү суроолор жана талкуу
1-мисал суроо: Энтальпиянын өзгөрүшүн эсептөө
Төмөнкү реакцияларды эске алуу менен:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \оң жебе 2H_2O(l) \]
Эгерде суунун пайда болуу энтальпиясынын өзгөрүшү (\( \Delta H_f \)) -285.8 кДж/моль экени белгилүү болсо. Реакциянын жалпы энтальпиясынын өзгөрүшүн эсептегиле.
Талкуу:
Реакциянын энтальпия өзгөрүшүн (\( \Delta H_{reaction} \)) продуктулардын жана реагенттердин пайда болуу энтальпия өзгөрүшүн колдонуу менен эсептесе болот.
Ал белгилүү:
– \[ \Дельта H_f(H_2O(l)) = -285.8 \text{ кДж/моль} \]
Эки мол суу пайда болгондуктан, реакциянын жалпы энтальпиясынын өзгөрүшү:
\[ \Дельта H_{реакциясы} = 2(-285.8 \text{ кДж/моль}) \]
\[ \Delta H_{реакция} = -571.6 \text{ kJ} \]
Демек, бул реакциянын жалпы энтальпиясынын өзгөрүшү -571.6 кДж. Бул реакция экзотермикалык, анткени \( \Delta H \) терс.
2-мисал суроо: Гесс законун колдонуу
Төмөнкү реакцияларды эске алуу менен:
\[ C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(1)} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)} \]
\[ CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(3)} \]
Ал белгилүү:
– \(\Дельта H_1 = -393.5 \text{ кДж}\)
– \(\Дельта H_2 = -110.5 \text{ кДж}\)
(3) реакциясы үчүн энтальпиянын өзгөрүшүн эсептегиле.
Талкуу:
(3) реакциясынын энтальпия өзгөрүшүн аныктоо үчүн Гесс законун колдонуңуз. (3) реакциясы (1) жана (2) реакцияларынан турушу мүмкүн экенин эске алыңыз:
\[ \text{Реакция } (3): CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \]
Гесс законун колдонуу үчүн (2) реакциясын тескерисинче кылыңыз:
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) \hspace{2mm} \text{(тескери 1)}, \Delta H = +393.5 \text{ kJ} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)}, \Delta H = -110.5 \text{ kJ} \]
Эми реакцияларды кошуңуз:
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 O_2(g) \]
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 O_2(g) \]
Энтальпиянын өзгөрүүлөрүн кошуңуз:
\[ \Delta H_{реакциясы} = 393.5 – 110.5 \text{ kJ}\]
\[ \Delta H_{реакция} = 283.0 \text{ kJ}\]
Ошентип, \(CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \) реакциясы үчүн энтальпиянын өзгөрүшү -283.0 кДж түзөт.
3-мисал суроо: Калориметрдик реакция
100 мл 1.0 М туз кислотасы (HCl) жана 100 мл 1.0 М натрий гидроксиди (NaOH) берилген. Экөө калориметрде аралаштырылганда, температура 25.0 °Cден 31.0 °Cге чейин көтөрүлөт. Эгерде суудагы эритменин жылуулук сыйымдуулугу 4.18 Дж/г°C жана эритменин тыгыздыгы 1.0 г/мл болсо, нейтралдаштыруунун энтальпия өзгөрүшүн эсептегиле.
Талкуу:
Кадамдар:
1. Эритменин массасын эсептегиле:
\[ \text{Жалпы көлөм} = 100 \text{ мл} + 100 \text{ мл} = 200 \text{ мл} \]
\[ \text{Mass} = 200 \text{ g} \] (анткени эритменин тыгыздыгы 1 г/мл)
2. Температуранын өзгөрүшүн эсептегиле:
\[ \Дельта T = 31.0 \text{ °C} – 25.0 \text{ °C} = 6.0 \text{ °C} \]
3. Эритме тарабынан жутулган энергияны эсептегиле:
\[ q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
\[ q = 200 \text{ g} \times 4.18 \text{ J/g°C} \times 6.0 \text{ °C} \]
\[ q = 5016 \text{ J} \]
\[ q = 5.016 \text{ кДж} \]
4. Энтальпиянын өзгөрүшүн эсептегиле:
\[ \Delta H = \frac{q_{\text{echim}}}{\text{mol HCl}} \]
HCl жана NaOH мольдору бирдей экенин эске алганда:
\[ \text{Моль HCl} = 1.0 \text{M} \times 0.100 \text{L} = 0.100 \text{мол} \]
\[ \Дельта H = \frac{5.016 \text{ kJ}}{0.100 \text{ мол}} \]
\[ \Дельта H = -50.16 \text{ кДж/моль} \]
Ошентип, HCl жана NaOH нейтралдаштыруу учурундагы энтальпиянын өзгөрүшү -50.16 кДж/мольду түзөт, бул экзотермикалык реакцияны көрсөтөт.
Корутунду
Термохимия - химиялык реакцияларда энергиянын кантип өзгөрүп, айландырылаарын түшүнүүгө жардам берген химиянын маанилүү тармагы. Энтальпия жана Гесс закону сыяктуу фундаменталдык түшүнүктөрдү түшүнүү жана аларды практикалык маселелерге колдонуу менен, биз ар кандай химиялык реакцияларда пайда болгон энергиянын өзгөрүшүн алдын ала айта алабыз. Бул макалада термохимиялык теңдемелерди түшүнүүңүздү бекемдөөгө жардам бере турган бир нече мисал маселелер келтирилген.
