Пример прашања што дискутираат за промените на енталпијата во стандардни услови
Пендахулуан
Промената на енталпијата е фундаментален концепт во термохемијата што игра клучна улога во различни хемиски процеси. Во оваа статија, детално ќе разгледаме како да се пресмета и разбере промената на енталпијата под стандардни услови преку неколку примери на проблеми и сеопфатни дискусии. Оваа статија ќе биде корисна за студенти, студенти и секој што студира хемија за подобро да ја разбере оваа тема.
Разбирање на енталпијата и нејзините промени
Енталпијата (H) е вкупната енергија на еден систем, која се состои од внатрешна енергија и енергија поврзана со притисокот и волуменот. Во случај на хемиски реакции, честопати сме заинтересирани за промената на енталпијата (ΔH), која ја одразува вкупната промена на енергијата за време на реакцијата при константен притисок.
Промената на енталпијата под стандардни услови (ΔH⁰) е промената на енталпијата кога сите реактанти и производи се во нивните стандардни состојби, односно при притисок од 1 atm и температура од обично 25°C (298 K).
Пример прашања и дискусија
Прашање 1: Согорување на метан
Прашање: Пресметајте ја стандардната промена на енталпијата (ΔH⁰) за согорување на 1 мол метан (\(CH_4\)) врз основа на следната равенка:
\[ CH_4(g) + 2O_2 (g) \десно стрелка CO_2(g) + 2H_2O(l) \]
Познато е:
– ΔH⁰f \(CH_4(g) \) = -74.8 kJ/mol
– ΔH⁰f \(CO_2(g)\) = -393.5 kJ/mol
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 kJ/mol
Пембахасан:
Стандардната промена на енталпијата за хемиска реакција може да се пресмета со помош на Хесовиот закон преку следната формула:
\[ \Делта H⁰ = ∑ ΔH⁰f(производ) – ∑ ΔH⁰f(реактант) \]
Прво, идентификувајте ја стандардната енталпија на формирање за секоја супстанца во реакцијата:
– \( ΔH⁰f_{CH_4(g)} = -74.8 \) kJ/mol
– \( ΔH⁰f_{CO_2(g)} = -393.5 \) kJ/mol
– \( ΔH⁰f_{H_2O(l)} = -285.8 \) kJ/mol (×2 за два мола \(H_2O\))
Потоа, пресметајте го збирот на енталпиите на формирање на производите и реактантите:
\[ ∑ ΔH⁰f(производ) = [-393.5] + [2(-285.8)]
= -393.5 + (-571.6)
= -965.1 \text{kJ/mol} \]
\[ ∑ ΔH⁰f(реактант) = [-74.8] + [0] \]
(Сите елементарни соединенија во нивната основна форма имаат стандардна енталпија на формирање од 0 kJ/mol)
Потоа, пресметајте ја стандардната промена на енталпијата (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = -965.1 – (-74.8)
= -965.1 + 74.8
= -890.3 \text{kJ/mol} \]
Според тоа, стандардната промена на енталпијата за согорување на 1 мол метан е -890.3 kJ/mol.
Прашање 2: Реакција на формирање вода
Прашање: Пресметајте ја стандардната промена на енталпијата (ΔH⁰) за формирање на вода од водород и кислород врз основа на следната равенка:
\[ 2H_2 (g) + O_2 (g) \десно стрелка 2H_2O (l) \]
Познато е:
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 kJ/mol
Пембахасан:
Треба да ја најдеме стандардната промена на енталпијата за реакција од почетните супстанции до посакуваните производи. Користејќи ја стандардната енталпија на формирање:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(производ) – ∑ ΔH⁰f(реактант) \]
Пресметајте ја енталпијата на формирање на производи и реактанти:
\[
\begin{порамни}
∑ ΔH⁰f(производ) & = [2(-285.8)] \\
∑ ΔH⁰f(производ) & = -571.6 \text{ kJ/mol}
\end{порамни}
\]
\[
ΔH⁰f(H_2(g)) = 0 \text{ kJ/mol} \\
ΔH⁰f(O_2(g)) = 0 \text{ kJ/mol} \\
∑ ΔH⁰f(реактанти) = [2(0)] + [0] = 0 \text{ kJ/mol}
\]
Потоа, пресметајте ја стандардната промена на енталпијата (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = -571.6 \text{ kJ/mol} \]
Според тоа, стандардната промена на енталпијата за формирање на вода е -571.6 kJ/mol.
Прашање 3: Разградување на азот диоксид
Прашање: Пресметајте ја стандардната промена на енталпијата (ΔH⁰) за распаѓање на азот диоксид (\(NO_2\)) во гас азот моноксид (\(NO\)) и гас кислород (O₂) врз основа на следната равенка:
\[ 2NO_2 (g) \десно стрелка 2NO (g) + O_2 (g) \]
Познато е:
– ΔH⁰f \(NO_2(g) \) = 33.2 kJ/mol
– ΔH⁰f \(NO(g) \) = 90.3 kJ/mol
Пембахасан:
Слични пресметки:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(производ) – ∑ ΔH⁰f(реактант) \]
Пресметајте ја енталпијата на формирање на производот:
\[
\begin{порамни}
∑ ΔH⁰f(производ) & = [2( ΔH⁰f_{NO(g)} )] + [ ΔH⁰f_{O_2(g)}] \\
& = [2(90.3)] + [0] \\
& = 180.6 \text{ kJ/mol}
\end{порамни}
\]
Пресметајте ја енталпијата на формирање на реактантите:
\[
\begin{порамни}
∑ ΔH⁰f(реактант) & = [2( ΔH⁰f_{NO_2(g)} )] \\
& = [2(33.2)] \\
& = 66.4 \text{ kJ/mol}
\end{порамни}
\]
Пресметајте ја стандардната промена на енталпијата (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = 180.6 – 66.4 = 114.2 \text{ kJ/mol} \]
Според тоа, стандардната промена на енталпијата за распаѓање на азот диоксид е 114.2 kJ/mol.
Заклучок
Пресметувањето на стандардните промени на енталпијата (ΔH⁰) е клучна техника во термохемијата. Со разбирање како да се користат стандардните енталпии на формирање и да се примени Хесовиот закон, можеме да ги одредиме промените на енергијата во различни хемиски реакции. Преку горенаведените примери на проблеми, од читателите се очекува да стекнат увид и способност да пресметуваат промени на енталпијата за различни хемиски реакции. Ова знаење е важно не само за академски студии, туку и за разни индустриски апликации и научни истражувања.
