Termochemijos diskusijų klausimų pavyzdys
Pendahuluanas
Termochemija yra chemijos šaka, tirianti cheminių reakcijų ir energijos pokyčių, ypač šilumos pavidalu, ryšį. Tai svarbi fizikinės chemijos tema, nes ji padeda suprasti, kaip energija perduodama ir transformuojama cheminių reakcijų metu. Šiame straipsnyje aptarsime keletą termochemijos pavyzdžių, kurie padės paaiškinti šias sąvokas.
1 klausimo pavyzdys: Degimo entalpijos pokytis
Klausimas:
Etanolio (C2H5OH) degimo entalpija (ΔHc) yra -1367 kJ/mol. Nustatykite energijos kiekį, išsiskiriantį visiškai sudegus 2 moliams etanolio!
Diskusija:
Degimo entalpijos pokytis (ΔHc) yra energija, išsiskirianti, kai vienas molis medžiagos visiškai sudega deguonyje. Etanolio atveju ΔHc = -1367 kJ/mol.
Jei sudeginami 2 moliai etanolio, išsiskiriantis energijos kiekis yra:
\[ \text{Energijos išsiskyrimas} = 2 \, \text{mol} \x (-1367 \, \text{kJ/mol}) \]
\[ \text{Iškrovos energija} = -2734 \, \text{kJ} \]
Taigi, kai visiškai sudeginami 2 moliai etanolio, išsiskirianti energija yra -2734 kJ.
2 pavyzdžio klausimas: Reakcijos entalpijos apskaičiavimas pagal susidarymo entalpijos duomenis
Klausimas:
Vandens garų susidarymo reakcijos entalpijai apskaičiuoti naudokite šiuos standartinius susidarymo entalpijos duomenis:
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) = 0 \text{kJ/mol}\)
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) = 0 \text{kJ/mol}\)
– \(Delta H_{f}^{circ}(\(H}_2\(g)) = -241.8 \(kJ/mol))
Reakcija:
\[ \text{H}_2(g) + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(g) \]
Diskusija:
Reakcijos entalpiją (\(\ΔH_{\text{rxn}}\)) galima apskaičiuoti naudojant standartinę susidarymo entalpiją (\(\ΔH_{\text{f}}^{\circ}\)) pagal formulę:
\[ \ΔH_{\text{rxn}} = \Sigma \ΔH_{\text{f}}^{\circ} \text{produktas} – \Sigma \ΔH_{\text{f}}^{\circ} \text{reagentai} \]
Dėl šios reakcijos:
[ΔH_{rxn} = ΔH_{f}^{circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) – [ΔH_{f}^{circ}(\text{H}_2(g)) + η{1}{2} ΔH_{f}^{circ}(\text{O}_2(g))]]
Įveskite susidarymo entalpijos vertę:
\[ΔH_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} – \left[ 0 + \frac{1}{2} \times 0 \right] \]
\[ \ΔH_{\text{rxn}} = -241.8 \text{kJ/mol} \]
Taigi, vandens garų susidarymo reakcijos entalpija yra -241.8 kJ/mol.
3 pavyzdžio klausimas: Heso dėsnis
Klausimas:
Nustatykite šios reakcijos entalpijos pokytį (\(\DeltaH\)):
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Naudokite šiuos duomenis:
1. \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \text{kJ}\)
2. \(\CO(g)} + \frac{1}{2}\O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Diskusija:
Remdamiesi Heso dėsniu, kuris teigia, kad jei cheminę reakciją galima išreikšti kaip kelių kitų reakcijų sumą, tai bendros reakcijos entalpijos pokytis yra lygus tų reakcijų entalpijos pokyčių sumai.
1 veiksmas: parašykite reakciją, kurią reikia pakeisti arba atšaukti, kad ji atitiktų tikslinę reakciją:
– Reakcija (1): \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \ΔH = -393.5 \, \text{kJ}\)
– Reakcija (2): \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
2 veiksmas: atvirkštinė reakcija (2) ir pakeiskite \(\Delta H\) ženklą:
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
3 veiksmas: pridėkite reakciją (1) ir atvirkštinę reakciją (2):
[C(s)} + O_2(g) √CO_2(g), Delta H = -393.5, kJ]
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
4 veiksmas: sudėkite dvi reakcijas:
[C(s)} + O_2(g) + CO_2(g) _rodyklė _CO_2(g) + CO(g) + _frac{1}{2} O_2(g) ]
Supaprastinimas lemia:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Bendras entalpijos pokytis (\(\Delta H\)):
\[ \Delta H = -393.5 \, \text{kJ} + 283.0 \, \text{kJ} = -110.5 \, \text{kJ} \]
Taigi, reakcijos entalpijos pokytis yra -110.5 kJ.
4 pavyzdžio klausimas: Kalorimetrija
Klausimas:
Kalorimetrijos eksperimente 50 g vandens (c = 4.18 J/g°C) kaitinami nuo 25°C iki 75°C. Apskaičiuokite reikalingą šilumos kiekį (q).
Diskusija:
Vandeniui pašildyti reikalingą šilumos kiekį (q) galima apskaičiuoti pagal formulę:
\[q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
– m = vandens masė = 50 g
– c = savitoji šiluminė talpa = 4.18 J/g°C
– \(\Delta T = \) temperatūros pokytis \( = 75 °C – 25 °C = 50 °C \)
\[q = 50 \, \text{g} \x 4.18 \, \text{J/g°C} \x 50°C \]
\[q = 10450 \, \text{J} \]
Taigi, 50 g vandens pašildyti nuo 25 °C iki 75 °C reikia 10450 J šilumos.
Uždarymas
Aukščiau pateiktų pavyzdžių aptarimas pateikia išsamią apžvalgą, kaip termochemijos sąvokos gali būti taikomos sprendžiant įvairias su cheminėmis reakcijomis ir energijos transformacijomis susijusias problemas. Termochemija yra labai svarbi įvairiose srityse, įskaitant pramonę, energetiką ir mokslinius tyrimus, nes ji leidžia mums suprasti ir valdyti energijos transformacijas, vykstančias cheminių reakcijų metu. Gerai suprasdami termochemiją, galime kurti efektyvesnius procesus ir kurti naujas, ekologiškesnes technologijas.
