Sådan beregnes enthalpyændring

Entalpiændringen af en reaktion er mængden af varme, der absorberes eller frigøres, når reaktionen finder sted, hvis det sker ved konstant tryk. Du gennemfører beregningen på forskellige måder afhængigt af den specifikke situation og hvilke oplysninger du har til rådighed. I mange beregninger er Hess lov det vigtigste stykke information, du har brug for, men hvis du kender produktets og reaktanters entalpi, er beregningen meget enklere.

TL; DR (For lang; Didn 't læst)

Du kan beregne ændringer i entalpi ved hjælp af den enkle formel: ∆H \u003d H _{produkter - H reaktanter
Definition af entalpi}

Den nøjagtige definition af entalpi (H) er summen af den indre energi (U) plus trykket (P) og volumen (V). I symboler er dette:

H \u003d U + PV

En ændring i entalpi (∆H) er derfor:

∆H \u003d ∆U + ∆P∆V

Hvor delta-symbolet (∆) betyder "ændring i." I praksis holdes trykket konstant, og ovennævnte ligning er bedre vist som:

∆H \u003d ∆U + P∆ V

For et konstant tryk er ændringen i entalpi simpelthen den varme (q), der overføres:

∆H \u003d q

Hvis (q) er positiv, reaktionen er endotermisk (dvs. absorberer varme fra dens omgivelser), og hvis den er negativ, er reaktionen eksoterm (dvs. frigiver varme i omgivelserne). Enthalpy har enheder af kJ /mol eller J /mol eller generelt energi /masse. Ligningerne ovenfor er virkelig relateret til fysikken i varmestrøm og energi: termodynamik.
Simple Enthalpy Change Beregning

Den mest basale måde at beregne entalpiændring bruger produktets entalpi og reaktanterne. Hvis du kender disse mængder, skal du bruge følgende formel til at finde ud af den samlede ændring:

∆H \u003d H _{produkter - H reaktanter}

Tilsætningen af en natriumion til en chloridion til dannelse af natriumchlorid er et eksempel på en reaktion, du kan beregne på denne måde. Ionisk natrium har en enthalpi på -239,7 kJ /mol, og kloridion har enthalpi −167,4 kJ /mol. Natriumchlorid (bordsalt) har en entalpi på -411 kJ /mol. Indsættelse af disse værdier giver:

∆ H
\u003d −411 kJ /mol - (−239,7 kJ /mol −167,4 kJ /mol)

\u003d −411 kJ /mol - (−407.1 kJ /mol)

\u003d −411 kJ /mol + 407.1 kJ /mol \u003d −3.9 kJ /mol

Så dannelsen af salt frigiver næsten 4 kJ energi pr. Mol .
Enthalpy af faseovergange

Når et stof skifter fra faststof til væske, væske til gas eller faststof til gas, er der specifikke entalpier involveret i disse ændringer. Smeltningens enthalpi (eller latent varme) beskriver overgangen fra faststof til væske (det modsatte er minus denne værdi og kaldes fusionens entalpi), fordampningens entalpi beskriver overgangen fra væske til gas (og det modsatte er kondensering) og enthalpien af sublimering beskriver overgangen fra faststof til gas (det modsatte kaldes igen enthalpien af kondensation).

For vand er smelteentalpien ∆H _{smeltning \u003d 6.007 kJ /mol. Forestil dig, at du varmer is fra 250 Kelvin, indtil den smelter, og derefter opvarmer vandet til 300 K. Den entalpiændring, der er for varmedele, er bare den nødvendige varme, så du kan finde det ved hjælp af:}

∆H \u003d nC∆T

Hvor (n) er antallet af mol, er (∆T) ændringen i temperatur og (C) er den specifikke varme. Den specifikke isvarme er 38,1 J /K mol, og den specifikke vandvarme er 75,4 J /K mol. Så beregningen finder sted i nogle få dele. Først skal isen opvarmes fra 250 K til 273 K (dvs. −23 ° C til 0 ° C). For 5 mol is er dette:

∆H \u003d nC∆T

\u003d 5 mol × 38,1 J /K mol × 23 K

\u003d 4,382 kJ

Multipliser nu smelteentalpien med antallet af mol:

∆H \u003d n ∆H _smeltning

\u003d 5 mol × 6.007 kJ /mol

\u003d 30,035 kJ

Beregningerne for fordampning er de samme, undtagen med fordampnings entalpien i stedet for den smeltende. Beregn til sidst den sidste opvarmningsfase (fra 273 til 300 K) på samme måde som den første:

∆H \u003d nC∆T

\u003d 5 mol × 75,4 J /K mol × 27 K

\u003d 10.179 kJ

Sum disse dele for at finde den samlede ændring i entalpi for reaktionen:

∆H _{total \u003d 10.179 kJ + 30.035 kJ + 4.382 kJ}

\u003d 44.596 kJ - Hess's lov

Hess's lov er nyttig til, når reaktionen, du overvejer, har to eller flere dele, og du vil finde den samlede ændring i entalpien. Det hedder, at entalpien ændres for en reaktion eller proces er uafhængig af den rute, gennem hvilken den forekommer. Dette betyder, at hvis reaktion omdanner stof til et andet, betyder det ikke noget, om reaktionen finder sted i et trin (reaktanter bliver produkter øjeblikkeligt), eller om det går gennem mange trin (reaktanter bliver mellemmænd og derefter bliver produkter), den resulterende entalpi ændres er det samme i begge tilfælde.

Det hjælper normalt med at tegne et diagram (se Ressourcer) for at hjælpe dig med at bruge denne lov. Et eksempel er, hvis du starter med seks mol kulstof kombineret med tre brint, forbrænder de for at kombinere med ilt som et mellemliggende trin og derefter danner benzen som et slutprodukt.

Hess 'lov hedder, at ændringen ved entalpi af reaktionen er summen af ændringerne i entalpien af begge dele. I dette tilfælde har forbrændingen af en mol kulstof ∆H \u003d −394 kJ /mol (dette sker seks gange i reaktionen), ændringen i entalpi for forbrænding af en mol brintgas er ∆H \u003d −286 kJ /mol (dette sker tre gange), og kuldioxid- og vandformidlerne bliver benzen med en entalpiændring på ∆H \u003d +3.267 kJ /mol.

Tag summen af disse ændringer for at finde den totale entalpiændring, huske at multiplicere hver med antallet af mol der kræves i første fase af reaktionen:

∆H _{totalt \u003d 6 × (−394) + 3 × (−286) +3,267}

\u003d 3.267 - 2.364 - 858

\u003d 45 kJ /mol