Пример за прашања за дискусија за термохемија
Пендахулуан
Термохемијата е гранка на хемијата што ја проучува врската помеѓу хемиските реакции и промените на енергијата, особено во форма на топлина. Таа е важна тема во физичката хемија бидејќи ни помага да разбереме како енергијата се пренесува и трансформира за време на хемиските реакции. Во оваа статија, ќе разгледаме неколку примери на проблеми од термохемијата за да помогнеме во разјаснувањето на овие концепти.
Пример за прашање 1: Промена на енталпијата на согорување
Прашање:
Енталпијата на согорување (ΔHc) на етанол (C2H5OH) е -1367 kJ/mol. Определете ја количината на енергија што се ослободува кога 2 молови етанол се целосно согорени!
Пембахасан:
Промената на енталпијата на согорувањето (ΔHc) е енергијата што се ослободува кога еден мол од супстанцата целосно согорува во кислород. За етанол, ΔHc = -1367 kJ/mol.
Ако се согорат 2 молови етанол, количината на ослободена енергија е:
\[ \text{Ослободување на енергија} = 2 \, \text{mol} \times (-1367 \, \text{kJ/mol}) \]
\[ \text{Енергија на празнење} = -2734 \, \text{kJ} \]
Значи, кога 2 молови етанол се целосно согоруваат, ослободената енергија е -2734 kJ.
Пример прашање 2: Пресметување на енталпијата на реакцијата од податоците за енталпијата на формацијата
Прашање:
Користете ја следната стандардна енталпија на податоците за формирање за да ја пресметате реакционата енталпија на формирање на водена пареа:
– \(\Делта H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) = 0 \, \text{kJ/mol}\)
– (Делта H f^(O 2(g)) = 0, kJ/mol)
– (Делта H_{f}}^{\circ}(H}_2\text{O}(g)) = -241.8 \, \text{kJ/mol}\)
Реакција:
\[ \text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(g) \]
Пембахасан:
Енталпијата на реакцијата (\(\Delta H_{\text{rxn}}\)) може да се пресмета со користење на стандардната енталпија на формирање (\(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}\)) со формулата:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{производ} – \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{реактанти} \]
За оваа реакција:
\[ \Делта H_{\text{rxn}} = \Делта H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) – \лево[ \Делта H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) + \frac{1}{2} \Делта H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) \десно] \]
Внесете ја вредноста на енталпијата на формирање:
\[ \Делта H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} – \лево[ 0 + \frac{1}{2} \times 0 \десно] \]
\[ \Делта H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} \]
Значи, реакционата енталпија за формирање на водена пареа е -241.8 kJ/mol.
Пример за прашање 3: Хесов закон
Прашање:
Определете ја промената на енталпијата (\(\Делта H\)) за следната реакција:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Користете ги следните податоци:
1. \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Делта H = -393.5 \, \text{kJ} \)
2. \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Делта H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Пембахасан:
Користете го Хесовиот закон кој вели дека ако една хемиска реакција може да се изрази како збир од неколку други реакции, тогаш промената на енталпијата на вкупната реакција е збир од промените на енталпијата на тие реакции.
Чекор 1: Напишете ја реакцијата што треба да се поништи или промени за да се совпадне со целната реакција:
– Реакција (1): \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Делта H = -393.5 \, \text{kJ} \)
– Реакција (2): \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Чекор 2: Обратна реакција (2) и промена на знакот на \(\Делта H\):
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
Чекор 3: Додадете ја реакцијата (1) и обратната реакција (2):
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Делта H = -393.5 \, \text{kJ} \]
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
Чекор 4: Додадете ги двете реакции:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) + \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \]
Поедноставувањето резултира со:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Вкупна промена на енталпијата (\(\Делта H\)):
\[ \Делта H = -393.5 \, \text{kJ} + 283.0 \, \text{kJ} = -110.5 \, \text{kJ} \]
Значи, промената на енталпијата за реакцијата е -110.5 kJ.
Пример за прашање 4: Калориметрија
Прашање:
Во калориметриски експеримент, 50 g вода (c = 4.18 J/g°C) се загрева од 25°C до 75°C. Пресметајте ја потребната количина на топлина (q).
Пембахасан:
Количината на топлина (q) потребна за загревање на водата може да се пресмета со помош на формулата:
\[ q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
– m = маса на вода = 50 g
– c = специфичен топлински капацитет = 4.18 J/g°C
– \(\Делта Т = \) промена на температурата \( = 75°C – 25°C = 50°C \)
\[ q = 50 \, \text{g} \ пати 4.18 \, \text{J/g°C} \ пати 50°C \]
\[ q = 10450 \, \text{J} \]
Значи, количината на топлина потребна за загревање на 50 g вода од 25°C на 75°C е 10450 J.
Затворање
Дискусијата за горенаведените примери на проблеми дава детален преглед на тоа како термохемиските концепти можат да се применат за решавање на разни проблеми поврзани со хемиски реакции и енергетски трансформации. Термохемијата е клучна во различни области, вклучувајќи ја индустријата, енергетиката и научните истражувања, бидејќи ни овозможува да ги разбереме и манипулираме енергетските трансформации што се случуваат во хемиските реакции. Со добро разбирање на термохемијата, можеме да дизајнираме поефикасни процеси и да развиеме нови, поеколошки технологии.
