ЕНТАЛПИЯ НА РЕАКЦИЯТА: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ТЕРМОХИМИЯ, УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В енталпия на реакция е термодинамична функция, която позволява изчисляване на топлинните печалби или доставени в химична реакция, при условие че тази реакция е настъпила при постоянно налягане. Определя се като вътрешна енергия U плюс произведение на налягането P от обема V на веществата, които участват в химическа реакция, както следва: H = U + P ∙ V

Следователно енталпията има измерения на енергията и в Международната система от измервания тя се измерва в джоули. За да разберем връзката на енталпията с топлината, обменяна в химическа реакция, е необходимо да запомним първия закон на термодинамиката, който гласи следното: Q = ΔU + W

Фигура 1. При изгарянето на газ енталпията намалява. Източник: pixabay

Първият закон установява, че топлообменът в термодинамичен процес е равен на изменението на вътрешната енергия на веществата, участващи в процеса, плюс работата, извършена от тези вещества в процеса.

Във всеки процес работата W се изчислява по следната връзка:

В горния израз Vi е началният обем, Vf крайният обем и P налягането. Ако процесът се извършва при постоянно налягане P, тогава получената работа ще бъде:

Къде ΔV е промяната в обема.

дефиниция

Химичните реакции са термодинамични процеси, които обикновено протичат при постоянно налягане и много често при атмосферно налягане. Този тип термодинамичен процес се нарича "изобарен", тъй като протича при постоянно налягане.

В този случай първият закон на термодинамиката може да бъде написан така:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Където Qp показва, че топлината е била обменяна при постоянно налягане. Ако определението за енталпия H = U + P ∙ V е въведено в предишния израз, тогава получаваме:

Qp = ΔH

Следователно, положителната промяна на енталпията показва реакция, отнемаща топлина от околната среда. Това е ендотермична реакция.

Напротив, ако промяната на енталпията е отрицателна, това е екзотермична реакция.

Всъщност думата енталпия идва от гръцката дума enthalpien, което означава „да се нагрява“.

Енталпията също често се нарича топлина. Но трябва да е ясно, че тя не е същата като топлината, но именно топлообменът по време на термодинамичния процес променя енталпията.

Връзка с топлината

За разлика от топлината, енталпията е функция на състоянието. Когато изчислявате промяната на енталпията, вие изчислявате разликата на две функции, които зависят изключително от състоянието на системата, като вътрешна енергия и обем.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Тъй като налягането остава постоянно в реакцията, тогава енталпията на реакцията е функция на състояние, което зависи само от вътрешната енергия и обема.

При химична реакция енталпията на реагентите може да бъде определена като сбор от тази на всеки от тях; и тази на продуктите като сумата от енталпията на всички продукти.

Промяната на енталпията в реакцията е разликата на продуктите минус тази на реагентите:

Фигура 2. Диаграма на енталпията. Източник: самостоятелно направен.

При ендотермична реакция енталпията на продуктите е по-голяма от тази на реагентите; тоест реакцията отнема топлина от околната среда. Напротив, при екзотермична реакция енталпията на реагентите е по-голяма от тази на продуктите, тъй като реакцията дава топлина на околната среда.

Стандартна енталпия

Тъй като промяната на енталпията в химическата реакция може да зависи от налягането и температурата, обичайно е да се определят стандартни условия на реакция:

Стандартна температура на реакцията: 25 ° С.

Стандартно реакционно налягане: 1 атм = 1 бар.

Стандартната енталпия се обозначава така: H °

термохимия

В термохимично уравнение имат значение не само реагентите и продуктите, промяната на енталпията също има значение. Енталпията се разбира като реакцията на промяната, настъпила по време на нея.

Като пример, нека разгледаме следните реакции:

2 H2 (газ) + O2 (газ) → 2 H2O (течност); ΔH ° = -571,6 kJ (екзотермично).

H2 (газ) + (½) O2 (газ) → H2O (течност); ΔH ° = -285,8 kJ (екзотермично).

2 H2O (течност) → 2 H2 (газ) + O2 (газ); ΔH ° = +571,6 kJ (ендотермично).

Енталпията е широко термодинамично количество

Ако условията на химическо уравнение са умножени или разделени на определен фактор, тогава енталпията се умножава или дели на едно и също.

Ако реакцията е обърната, знака на реакционната енталпия също е обърнат.

Решени упражнения

-Упражнение 1

Ацетиленовият газ C2H2 се получава от реакцията на калциев карбид CaC2, който идва в гранулирана форма с вода при температура на околната среда и налягане.

Като данни имаме енталпиите на образуване на реактивите:

ΔH ° (CaC2) = -59.0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

И енталпията на образуването на продуктите:

ΔH ° (C2H2) = +227.0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986.0 kJ / mol

Намерете стандартната ентропия на реакцията.

Решение

Първото нещо е да се издигне балансираното химично уравнение:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

И сега енталпиите на реагентите, продуктите и реакцията:

- Реагенти: -59.0 kJ / mol -2 ∙ 285.8 kJ / mol = -630.6 kJ / mol

- Продукти: -986.0 kJ / mol + 227.0 kJ / mol = -759 kJ / mol

- Реакция: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol

Това е екзотермична реакция.

-Упражнение 2

Когато 1 литър ацетилен изгаря при стандартни условия, колко топлина се отделя?

Решение

Веднъж балансирана, реакцията на горене на ацетилен изглежда така:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Нуждаем се от енталпиите на образуването на продуктите:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol

Изчисляване на енталпиите

С тези данни можем да изчислим енталпията на продуктите:

ΔH ° (продукти) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol

И енталпията на образуването на реагентите:

ΔH ° (C2H2) = 227.0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Енталпията на реагентите ще бъде:

227.0 kJ / mol + (5/2) * 0.0 = 227.0 kJ / mol

Енталпията на моларна реакция ще бъде: ΔH ° (продукти) - ΔH ° (реагенти) = -1072.8kJ / mol - 227.0 kJ / mol = -1299.8 kJ / mol

Енталпия на горенето

Сега трябва да знаем колко бенки ацетилен са литър ацетилен при стандартни условия. За това ще използваме уравнението на състоянието на идеален газ, от което ще решим за броя на бенките.

Брой бенки n = P * V / (R * T)

P = 1 атм = 1.013 х 10⁵ Па

V = 1 l = 1.0 x 10 ^ -3 m³

R = 8,31 J / (мол * К)

Т = 25 ° С = 298.15 К

п = 0,041 мол

Енталпията при изгарянето на 1 литър ацетилен е 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Отрицателният знак показва, че това е екзотермична реакция, която освобождава 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Препратки

1. Кестени Е. Енталпия при химически реакции. Възстановена от: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Термохимия. Енталпия на реакцията. Възстановени от: recursostic.educacion.es
3. Термохимия. Определение на стандартна реакционна енталпия. Възстановено от: quimitube.com
4. Wikipedia. Стандартна енталпия на реакцията. Възстановено от: wikipedia.com
5. Wikipedia. Енталпия на образуване. Възстановено от: wikipedia.com