Термохимия боюнча талкуу суроолорунун мисалы
Pendahuluan
Термохимия - бул химиянын бир тармагы, ал химиялык реакциялар менен энергиянын өзгөрүшүнүн, айрыкча жылуулук түрүндөгү байланышын изилдейт. Бул физикалык химияда маанилүү тема, анткени ал бизге химиялык реакциялар учурунда энергиянын кантип өткөрүлүп жана өзгөрүп жатканын түшүнүүгө жардам берет. Бул макалада биз бул түшүнүктөрдү тактоого жардам берүү үчүн бир нече термохимиялык мисал маселелерин талкуулайбыз.
1-мисал суроо: Күйүү энтальпиясынын өзгөрүшү
Суроо:
Этанолдун (C2H5OH) күйүү энтальпиясы (ΔHc) -1367 кДж/моль. 2 моль этанол толугу менен күйгөндө бөлүнүп чыккан энергиянын көлөмүн аныктагыла!
Талкуу:
Күйүүнүн энтальпиясынын өзгөрүшү (ΔHc) – бул бир моль зат кычкылтекте толугу менен күйгөндө бөлүнүп чыккан энергия. Этанол үчүн ΔHc = -1367 кДж/моль.
Эгерде 2 моль этанол күйсө, бөлүнүп чыккан энергиянын көлөмү:
\[ \text{Энергиянын бөлүнүп чыгышы} = 2 \, \text{мол} \убакыт (-1367 \, \text{кДж/моль}) \]
\[ \text{Разряд энергиясы} = -2734 \, \text{кДж} \]
Ошентип, 2 моль этанол толугу менен күйгөндө, бөлүнүп чыккан энергия -2734 кДж түзөт.
2-мисал суроо: Пайда болуу энтальпиясынын маалыматтарынан реакция энтальпиясын эсептөө
Суроо:
Суу буусунун пайда болуу реакциясынын энтальпиясын эсептөө үчүн төмөнкү стандарттык пайда болуу энтальпиясынын маалыматтарын колдонуңуз:
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) = 0 \, \text{kJ/mol}\)
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) = 0 \, \text{kJ/mol}\)
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) = -241.8 \, \text{kJ/mol}\)
Реакция:
\[ \text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(g) \]
Талкуу:
Реакция энтальпиясын (\(\Delta H_{\text{rxn}}\)) төмөнкү формула менен стандарттуу пайда болуу энтальпиясын (\(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}\)) колдонуу менен эсептесе болот:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{product} – \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{реактивдер} \]
Бул реакция үчүн:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) – \left[ \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) + \frac{1}{2} \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) \right] \]
Пайда болуу энтальпиясын киргизиңиз:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} – \left[ 0 + \frac{1}{2} \times 0 \right] \]
\[ \Дельта H_{\текст{rxn}} = -241.8 \, \текст{кДж/моль} \]
Ошентип, суу буусунун пайда болушунун реакция энтальпиясы -241.8 кДж/моль.
3-мисал суроо: Гесс закону
Суроо:
Төмөнкү реакция үчүн энтальпиянын өзгөрүшүн (\(\Дельта H\)) аныктаңыз:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Төмөнкү маалыматтарды колдонуңуз:
1. \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ}\)
2. \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Талкуу:
Эгерде химиялык реакцияны башка бир нече реакциялардын суммасы катары туюнтса, анда жалпы реакциянын энтальпия өзгөрүшү ошол реакциялардын энтальпия өзгөрүүлөрүнүн суммасына барабар деп айтылган Гесс законун колдонуңуз.
1-кадам: Максаттуу реакцияга дал келүү үчүн тескерисинче же өзгөртүлүшү керек болгон реакцияны жазыңыз:
– Реакция (1): \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ}\)
– Реакция (2): \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
2-кадам: (2) реакцияны тескери багыттап, \(\Delta H\) белгисин өзгөртүңүз:
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
3-кадам: (1) реакциясын жана тескери реакцияны (2) кошуңуз:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ} \]
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
4-кадам: Эки реакцияны кошуңуз:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) + \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \]
Жөнөкөйлөтүү төмөнкүлөргө алып келет:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Жалпы энтальпиянын өзгөрүшү (\(\Дельта H\)):
\[ \Дельта H = -393.5 \, \текст{кДж} + 283.0 \, \текст{кДж} = -110.5 \, \текст{кДж} \]
Ошентип, реакция үчүн энтальпиянын өзгөрүшү -110.5 кДж.
4-мисал суроо: Калориметрия
Суроо:
Калориметрия экспериментинде 50 г суу (с = 4.18 Дж/г°C) 25°Cден 75°Cге чейин ысытылат. Керектүү жылуулуктун көлөмүн (q) эсептегиле.
Талкуу:
Сууну жылытуу үчүн талап кылынган жылуулуктун көлөмүн (q) төмөнкү формула менен эсептесе болот:
\[ q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
– м = суунун массасы = 50 г
– c = салыштырма жылуулук сыйымдуулугу = 4.18 Дж/г°C
– \(\Delta T = \) температуранын өзгөрүшү \( = 75°C – 25°C = 50°C \)
\[ q = 50 \, \text{g} \убакыт 4.18 \, \text{J/g°C} \убакыт 50°C \]
\[ q = 10450 \, \text{J} \]
Демек, 50 г сууну 25°Cден 75°Cге чейин ысытуу үчүн талап кылынган жылуулуктун көлөмү 10450 Дж.
Penutup
Жогорудагы мисал маселелерди талкуулоо термохимиялык түшүнүктөрдү химиялык реакцияларга жана энергиянын өзгөрүшүнө байланыштуу ар кандай маселелерди чечүү үчүн кантип колдонсо болоруна кеңири сереп салат. Термохимия өнөр жай, энергетика жана илимий изилдөөлөр сыяктуу ар кандай тармактарда абдан маанилүү, анткени ал бизге химиялык реакцияларда болуп жаткан энергиянын өзгөрүштөрүн түшүнүүгө жана манипуляциялоого мүмкүндүк берет. Термохимияны жакшы түшүнүү менен биз натыйжалуураак процесстерди иштеп чыгып, жаңы, экологиялык жактан таза технологияларды иштеп чыга алабыз.
