Пример прашања за дискусија на енталпијата и промените на енталпијата
Енталпијата е клучен концепт во хемиската термодинамика, често се среќава во различни теми од хемијата, од хемиски реакции до фазни промени. Во оваа статија, ќе разгледаме неколку примери на проблеми и ќе дискутираме за енталпијата и промените на енталпијата за подобро да го разбереме концептот.
Разбирање на енталпијата
Енталпијата (H) е вкупната количина на енергија во термодинамички систем. Таа вклучува не само внатрешната енергија складирана во честичките, туку и енергијата потребна за создавање простор за честичките во дадена средина со притисок. Енталпијата се мери во џули (J) во Меѓународниот систем (SI).
Математички, енталпијата е дефинирана како:
\[ H = U + PV \]
ди мана:
– \( H \) е енталпијата
– \( U \) е внатрешната енергија
– \( P \) е притисок
– \( V \) е волуменот
Промена на енталпијата
Промената на енталпијата (\( \Delta H \)) се јавува кога се одвива хемиска реакција или физички процес. Оваа промена на енталпијата може да се дефинира како количина на топлина ослободена или апсорбирана од систем при константен притисок. Математички:
\[ \Делта H = H_{\text{производ}} – H_{\text{реактантот}} \]
Егзотермните реакции се реакции што ослободуваат топлина во околината, а во овие реакции, \( \Delta H \) е негативна вредност. Во меѓувреме, ендотермна реакција е реакција што апсорбира топлина од околината, а во оваа реакција, \( \Delta H \) има позитивна вредност.
Пример прашања и дискусија
Пример за прашање 1: Промена на енталпијата на согорување
Прашање:
Познато е дека целосното согорување на 1 мол метан (\(CH_4\)) произведува јаглерод диоксид (\(CO_2\)) и вода (\(H_2O\)). Енталпијата на податоците за формирање е како што следува:
– \( \Делта H_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \text{kJ/mol} \)
– \( \Делта H_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \text{kJ/mol} \)
– \( \Делта H_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \text{kJ/mol} \)
Пресметајте ја промената на енталпијата (\(ΔH1)) на реакцијата на согорување.
Пембахасан:
Реакцијата на согорување на метанот е:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \десно стрелка CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
Промената на енталпијата на реакцијата (\(Δλτα H\)) може да се пресмета со користење на енталпијата на формирање:
\[ \Делта H = \Сигма \Делта H_f \text{производи} – \Сигма \Делта H_f \text{реактанти} \]
Продук:
\[ \Делта H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \text{kJ/mol} \]
\[ \Делта H_f (H_2O (l)) = -285.8 \text{kJ/mol} \]
Вкупна енталпија на производите:
\[ (-393.5 kJ/mol) + 2 пати (-285.8 kJ/mol) = -393.5 – 571.6 = -965.1 kJ/mol}]
Реактанти:
\[ \Делта H_f (CH_4 (g)) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
\[ \Делта H_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(Кислородот во својата стандардна состојба има енталпија на формирање еднаква на нула.)
Вкупна енталпија на реактантите:
\[ (-74.8 kJ/mol) + 2 пати (0 kJ/mol) = -74.8 kJ/mol}]
Значи, промената на енталпијата (\(\Делта H\)) е:
\[ \Делта H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Делта H = -965.1 + 74.8 \]
\[ \Делта H = -890.3 \text{kJ/mol} \]
Значи, промената на енталпијата за согорување на 1 мол метан е \(-890.3 \text{kJ/mol}\).
Пример прашање 2: Промени на енталпијата во физичките процеси
Прашање:
Пресметајте ја промената на енталпијата кога 50 грама мраз (\(H_2O_{(s)}\)) на 0°C се топи во вода (\(H_2O_{(l)}\)) на 0°C. Познато е дека топлината на топење на мразот (\(Δέλτα H_{\text{fus}} \)) е 6.01 kJ/mol, а моларната маса на водата е 18 g/mol.
Пембахасан:
Првиот чекор е да се пресмета бројот на молови мраз.
Молови мраз = 50 g (18 g/mol) = приближно 2.78 mol
Потоа ја пресметуваме промената на енталпијата за топење на мразот:
\[ \Делта H = n \cdot \Делта H_{\text{fus}} \]
Делта H = 2.78 мол ± 6.01 kJ/мол}
\[ \Делта H \приближно 16.7 \text{kJ} \]
Значи, промената на енталпијата при топење на 50 грама мраз на 0°C е околу 16.7 kJ. Ова е ендотермен процес бидејќи мразот апсорбира топлина за да се претвори во вода.
Пример 3: Хесова реакција
Прашање:
Користете го Хесовиот закон за да ја одредите промената на енталпијата за следната реакција:
\[ 2 C(графит) + 3 H_2(g) \десна стрелка C_2H_6(g) \]
Познати се неколку реакции со нивните соодветни промени во енталпијата:
1. \(C(графит) + O_2(g) \десна стрелка CO_2(g), \Делта H = -393.5 \text{kJ} \)
2. \( H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \десна стрелка H_2O(l), \Делта H = -285.8 \text{kJ} \)
3. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \десна стрелка 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \Делта H = -3119.6 \text{kJ} \)
Пембахасан:
За да ја пресметаме промената на енталпијата (\(Δλτα H\)) на реакцијата, треба да ги обратиме и помножиме некои од реакциите за да се совпаднат со целната реакција.
Лангка-лангка:
1. Променете ја реакцијата \(C_2H_6 \десна стрелка 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2 (g) \десна стрелка 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Делта H = -3119.6 \текст{kJ}\]
Реакции на обратна насока и делење:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \десна стрелка 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Делта H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
2. Реакција \(C \десна стрелка CO_2\):
\[ 4C(графит) + 4O_2(g) \десна стрелка 4CO_2(g), \Делта H = 4 \times -393.5 = -1574 \text{kJ} \]
3. Реакција \(H_2\десна стрелка H_2O\):
\[ 6H_2 (g) + 3O_2 (g) \десна стрелка 6H_2O (l), \Делта H = 6 \пати -285.8 = -1714.8 \текст{kJ} \]
Комбинирајќи сè, добиваме:
\[2C(графит) + 3H_2(g) \десна стрелка C_2H_6\]
\[ \Делта H = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 \text{kJ}\]
Значи, промената на енталпијата на реакцијата на 2 мола графит и 3 мола \(H_2\) во \(C_2H_6(g)\) е -1729 kJ.
Според тоа, разбирањето на концептот на енталпија и неговата примена во различни видови реакции дава увид во тоа како енергијата е вклучена во хемиските и физичките промени. Горенаведените проблеми се некои примери што често се користат во наставната програма за да се зајакне разбирањето на овие концепти.
