Пример питања која се односе на енталпију и промене енталпије
Енталпија је кључни концепт у хемијској термодинамици, који се често среће у различитим хемијским темама, од хемијских реакција до фазних промена. У овом чланку ћемо размотрити неколико примера проблема и разговарати о енталпији и променама енталпије како бисмо боље разумели концепт.
Разумевање енталпије
Енталпија (H) је укупна количина енергије у термодинамичком систему. Она обухвата не само унутрашњу енергију ускладиштену у честицама, већ и енергију потребну за стварање простора за честице у датом притиску. Енталпија се мери у џулима (J) у Међународном систему (SI).
Математички, енталпија је дефинисана као:
\[ H = U + PV \]
Где:
– \( H \) је енталпија
– \( U \) је унутрашња енергија
– \( P \) је притисак
– \( V \) је запремина
Промена енталпије
Промена енталпије (ΔH) настаје када се одвија хемијска реакција или физички процес. Ова промена енталпије може се дефинисати као количина топлоте коју систем ослобађа или апсорбује при константном притиску. Математички:
\[ \Delta H = H_{\text{производ}} – H_{\text{реактант}} \]
Егзотермне реакције су реакције које ослобађају топлоту у околину, и у тим реакцијама, \( \Delta H \) је негативна вредност. У међувремену, ендотермна реакција је реакција која апсорбује топлоту из околине, и у овој реакцији, \( \Delta H \) има позитивну вредност.
Цонтох Соал и Пембахасан
Пример питања 1: Промена енталпије сагоревања
Питање:
Познато је да потпуно сагоревање 1 мола метана (\(CH_4\)) производи угљен-диоксид (\(CO_2\)) и воду (\(H_2O\)). Енталпија формирања података је следећа:
– \( \Delta H_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \text{kJ/mol} \)
Израчунајте промену енталпије (ΔH) реакције сагоревања.
пембахасан:
Реакција сагоревања метана је:
\[ ЦХ_4 (г) + 2 О_2 (г) \ригхтарров ЦО_2 (г) + 2 Х_2О (л) \]
Промена енталпије реакције (ΔH) може се израчунати коришћењем енталпије формирања:
\[ \Delta H = \Sigma \Delta H_f \text{производи} – \Sigma \Delta H_f \text{реактанти} \]
Производ:
\[ \Delta H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (H_2O (l)) = -285.8 \text{kJ/mol} \]
Укупна енталпија производа:
\[ (-393.5 \text{kJ/mol}) + 2\пута (-285.8 \text{kJ/mol}) = -393.5 – 571.6 = -965.1 \text{kJ/mol} \]
Реактанти:
\[ \Delta H_f (CH_4 (g)) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(Кисеоник у свом стандардном стању има енталпију формирања једнаку нули.)
Укупна енталпија реактаната:
\[ (-74.8 \text{kJ/mol}) + 2\пута (0 \text{kJ/mol}) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
Дакле, промена енталпије (ΔH) је:
\[ \Делта Х = -965.1 \тект{кЈ/мол} – (-74.8 \тект{кЈ/мол}) \]
\[ \Делта Х = -965.1 + 74.8 \]
\[ \Delta H = -890.3 \text{kJ/mol} \]
Дакле, промена енталпије за сагоревање 1 мола метана је \(-890.3 \text{kJ/mol}\).
Пример питања 2: Промене енталпије у физичким процесима
Питање:
Израчунајте промену енталпије када се 50 грама леда (\(H_2O_{(s)}\)) на 0°C отопи у воду (\(H_2O_{(l)}\)) на 0°C. Познато је да је топлота топљења леда (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) 6.01 kJ/mol, а моларна маса воде је 18 g/mol.
пембахасан:
Први корак је израчунавање броја молова леда.
\[ \text{Молови леда} = \frac{50 \text{g}}{18 \text{g/mol}} \approx 2.78 \text{mol} \]
Затим израчунавамо промену енталпије за топљење леда:
\[ \Delta H = n \cdot \Delta H_{\text{fus}} \]
\[ \Delta H = 2.78 \text{mol} \cdot 6.01 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H \приближно 16.7 \text{kJ} \]
Дакле, промена енталпије при топљењу 50 грама леда на 0°C је око 16.7 kJ. Ово је ендотермни процес јер лед апсорбује топлоту да би се претворио у воду.
Пример 3: Хесова реакција
Питање:
Користите Хесов закон да бисте одредили промену енталпије за следећу реакцију:
\[ 2 C(графит) + 3 H_2(г) \rightarrow C_2H_6(г) \]
Познато је неколико реакција са њиховим одговарајућим променама енталпије:
1. \( C(графит) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g), \Delta H = -393.5 \text{kJ} \)
2. \( H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l), \Delta H = -285.8 \text{kJ} \)
3. \( 2 C_2H_6(г) + 7 O_2(г) \rightarrow 4 CO_2(г) + 6 H_2O(л), \Delta H = -3119.6 \text{kJ} \)
пембахасан:
Да бисмо израчунали промену енталпије (ΔH) реакције, потребно је да обрнемо и помножимо неке од реакција како бисмо подударили са циљном реакцијом.
Кораци:
1. Промените реакцију \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2Ц_2Х_6(г) + 7О_2(г) \ригхтарров 4 ЦО_2(г) + 6Х_2О(л), \Делта Х = -3119.6 \тект{кЈ}\]
Обрнуте и дељиве реакције:
\[ 4ЦО_2(г) + 6Х_2О(л) \ригхтарров 2Ц_2Х_6(г) + 7О_2(г), \Делта Х = 3119.6/2 = 1559.8 \тект{кЈ} \]
2. Реакција \(C \rightarrow CO_2\):
\[ 4C(графит) + 4O_2(г) \rightarrow 4CO_2(г), \Delta H = 4 \пута -393.5 = -1574 \text{kJ} \]
3. Реакција \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6Х_2(г) + 3О_2(г) \ригхтарров 6Х_2О(л), \Делта Х = 6 \пута -285.8 = -1714.8 \тект{кЈ} \]
Комбинујући све то, добијамо:
\[2Ц(графит) + 3Х_2(г) \ригхтарров Ц_2Х_6\]
\[ \Делта H = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 \текст{кЈ}\]
Дакле, промена енталпије реакције 2 мола графита и 3 мола \(H_2\) до \(C_2H_6(g)\) је -1729 kJ.
Дакле, разумевање концепта енталпије и његове примене на различите врсте реакција пружа увид у то како је енергија укључена у хемијске и физичке промене. Горе наведени проблеми су неки примери који се често користе у наставном плану и програму ради учвршћивања разумевања ових концепата.
