Бардык химиялык реакцияларда жылуулук айлана -чөйрөдөн алынышы же айланага таралышы мүмкүн. Химиялык реакция менен анын чөйрөсүнүн ортосундагы жылуулук алмашуусу реакциянын энтальпиясы же H деп аталат. Бирок H түз өлчөнбөйт - анын ордуна илимпоздор энтальпиянын өзгөрүшүн табуу үчүн реакциянын температурасынын өзгөрүшүн колдонушат. убакыттын өтүшү менен (катары жазылган H). H менен, окумуштуу реакция жылуулук берерин (же "экзотермикалык" экенин) же жылуулук аларын (же "эндотермикалык" экенин) аныктай алат. Жалпысынан, H = m x s x T, мында - реакцияга кирүүчү заттардын массасы, s - продукциянын менчик жылуулугу, Т - реакциядагы температуранын өзгөрүшү.
Кадам
Метод 3: Энтальпия проблемаларын чечүү
Кадам 1. Продукцияларыңыздын жана реактивдүү заттарыңыздын реакциясын аныктаңыз
Ар кандай химиялык реакция эки химиялык категорияны камтыйт - продуктылар жана реактивдер. Продукциялар - бул реакциялардын натыйжасында пайда болгон химиялык заттар, ал эми реагенттер - бул продуктуларды өндүрүү үчүн биригүүчү же бөлүнүүчү химиялык заттар. Башкача айтканда, реакциянын реактивдери азык рецептинин ингредиенттерине окшош, ал эми азыктар даяр тамак. Реакциянын Н табуу үчүн, адегенде продуктыларды жана реактивдерди аныктаңыз.
Мисалы, суутек менен кычкылтектен суу пайда болуу реакциясынын энтальпиясын табабыз деп айт: 2H2 (Водород) + О2 (Кычкылтек) → 2H2О (Суу). Бул теңдемеде, H2 жана О2 реактив болуп саналат жана H2О продукт болуп саналат.
Кадам 2. Реактивдүү заттардын жалпы массасын аныктагыла
Андан кийин, реактивдериңиздин массасын табыңыз. Эгерде сиз анын массасын билбесеңиз жана илимий таразада таразалай албасаңыз, анын молярдык массасын колдонуп, чыныгы массасын таба аласыз. Молярдык масса - туруктуу периоддук системада (бир элементтер үчүн) жана башка химиялык булактарда (молекулалар жана бирикмелер үчүн) кездешүүчү туруктуу. Ар бир реактивдин молярдык массасын моль санына көбөйтүп, реактивдердин массасын табыңыз.
-
Суу мисалында, биздин реактивдерибиз 2 г жана 32 г молярдык массаларга ээ болгон суутек жана кычкылтек газдары. Биз 2 моль суутекти колдонуп жаткандыктан (H 2 коэффициентине караганда)2) жана 1 моль кычкылтек (О -де коэффициенттердин жоктугуна карап2), биз реактивдердин жалпы массасын төмөнкүчө эсептей алабыз:
2 × (2г) + 1 × (32г) = 4г + 32г = 36g
Кадам 3. Продуктуңуздун конкреттүү жылуулугун табыңыз
Андан кийин, анализдеп жаткан продукциянын өзгөчө жылуулугун табыңыз. Ар бир элементтин же молекуланын белгилүү бир жылуулугу бар: бул көрсөткүч туруктуу жана көбүнчө химияны окуу ресурстарында кездешет (мисалы, химия окуу китебинин артындагы таблицада). Конкреттүү жылуулукту эсептөөнүн ар кандай жолдору бар, бирок биз колдонгон формула үчүн биз Joule/gram ° C бирдигин колдонобуз.
- Эскертүү, эгер сиздин теңдемеңизде бир нече продукт болсо, анда ар бир продуктту өндүрүү үчүн колдонулган элементтердин реакциялары үчүн энтальпияны эсептеп чыгышыңыз керек, анан реакциянын жалпы энтальпиясын табуу үчүн аларды кошуңуз.
- Биздин мисалда, акыркы продукт - болжол менен белгилүү бир жылуулукка ээ болгон суу. 4.2 джоуль/грамм ° С.
4 -кадам. Реакция пайда болгондон кийин температуранын айырмасын табыңыз
Андан кийин, биз реакцияга чейин жана андан кийин температуранын өзгөрүшүн табабыз. Реакциянын баштапкы температурасын (же T1) эсептөө үчүн реакциядан кийинки акыркы температурадан (же Т2) алып сал. Көпчүлүк химиялык жумуштардагыдай эле, Келвин (К) температурасы колдонулат (бирок Цельсий (С) ушундай эле натыйжаны берет).
-
Биздин мисал үчүн, реакциянын баштапкы температурасы 185К, бирок реакция аяктаганда 95К чейин муздайт дейли. Бул маселеде Т төмөнкүчө эсептелет:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90К
Кадам 5. Чечүү үчүн H = m x s x T формуласын колдонуңуз
Эгерде сизде m, реакцияга кирүүчү заттардын массасы, s, продукциянын менчик жылуулугу жана Т, реакциянын температурасынын өзгөрүшү болсо, анда сиз реакциянын энтальпиясын табууга даярсыз. H = m x s x T формуласына баалуулуктарыңызды салыңыз жана чечүү үчүн көбөйтүңүз. Сиздин жообуңуз энергетикалык бирдиктер менен жазылган, тактап айтканда Жоулс (J).
-
Биздин мисал үчүн, реакциянын энтальпиясы:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608 J
Кадам 6. Сиздин реакцияңыз энергия алып жаткандыгын же жоготуп жатканын аныктаңыз
Ар кандай реакциялар үчүн Нны эсептөөнүн эң көп таралган себептеринин бири - бул реакциянын экзотермикалык (энергияны жоготуп, жылуулукту бөлүп чыгаруучу) же эндотермикалык (энергияга ээ болуп, жылуулукту сиңирип алуу) экенин аныктоо. Эгерде H үчүн акыркы жообуңуздун белгиси оң болсо, анда реакция эндотермиялык болот. Ошол эле учурда, эгер белгиси терс болсо, реакция экзотермиялык. Саны канчалык көп болсо, экзо же эндотермиялык реакция ошончолук чоң болот. Күчтүү экзотермиялык реакцияларга этият болгула - алар кээде көп өлчөмдөгү энергияны бөлүп чыгарышат, эгер алар өтө тез бөлүнүп кетсе, жарылууга алып келиши мүмкүн.
Биздин мисалда, акыркы жооп -13608J. Белги терс болгондуктан, биз реакциябыз экенин билебиз экзотермикалык. Бул акылга сыярлык - H2 жана О2 газ, ал эми Х2О, продукт суюктук. Ысык газ (буу түрүндө) айлана -чөйрөгө энергияны жылуулук түрүндө чыгарышы керек, аны муздатуу үчүн суюктукту, башкача айтканда Н пайда кылуу реакциясын2О экзотермикалык.
Метод 2 3: Энтальпиянын көлөмүн баалоо
Кадам 1. Энтальпияны баалоо үчүн байланыш энергиясын колдонуңуз
Дээрлик бардык химиялык реакциялар атомдордун ортосундагы байланыштардын пайда болушун же үзүлүшүн камтыйт. Химиялык реакцияларда энергияны жок кылуу же жаратуу мүмкүн болбогондуктан, эгер реакцияда байланыштарды түзүү же үзүү үчүн керектелүүчү энергиянын көлөмүн билсек, бул байланышты кошуу менен жалпы реакциянын энтальпия өзгөрүүсүн жогорку тактык менен баалай алабыз. энергиялар.
-
Мисалы, реакцияда H колдонулат2 + F2 → 2HF. Бул теңдемеде H молекуласындагы H атомдорун талкалоо үчүн керектүү энергия2 436 кДж/моль, ал эми Ф үчүн керектүү энергия2 158 кДж/моль болуп саналат. Акырында, H жана Fден HF түзүү үчүн керектүү энергия = -568 кДж/моль. Биз 2ге көбөйтөбүз, анткени теңдемедеги продукт 2 HF, ошондуктан бул 2 × -568 = -1136 кДж/моль. Алардын бардыгын кошуп, биз төмөнкүлөрдү алабыз:
436 + 158 + -1136 = - 542 кДж/моль.
Кадам 2. Энтальпияны баалоо үчүн формация энталпиясын колдонуңуз
Пайда болуу энтальпиясы - бул химиялык зат өндүрүү үчүн реакциянын энтальпиялык өзгөрүүсүн көрсөтүүчү H баалуулуктардын жыйындысы. Эгерде сиз теңдемедеги продуктыларды жана реактивдерди өндүрүү үчүн керектүү формация энтальпиясын билсеңиз, анда жогоруда сүрөттөлгөн байланыш энергиялары сыяктуу энтальпияны баалоо үчүн аларды кошо аласыз.
-
Мисалы, теңдеме C колдонулат2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Бул теңдемеде, биз төмөнкү реакциянын формация энтальпиясы экенин билебиз:
C2H5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 = 228 кДж/моль
2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 кДж/моль
3H2 +1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 кДж/моль
Биз C алуу үчүн бул теңдемелерди чогулта алгандыктан2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2Эй, биз энтальпияны табууга аракет кылып жаткан реакциядан, бул реакциянын энтальпиясын табуу үчүн жогорудагы реакциянын энтальпиясын гана кошуу керек:
228 + -788 + -858 = - 1418 кДж/моль.
3 -кадам. Теңдемени артка кайтарууда белгини өзгөртүүнү унутпаңыз
Белгилей кетчү нерсе, реакциянын энтальпиясын эсептөө үчүн формация энтальпиясын колдонгондо, элементтердин реакциясы үчүн теңдемени артка кайтарганда, формация энтальпиясынын белгисин өзгөртүү керек. Башкача айтканда, эгерде сиз реакция түзүү үчүн бир же бир нече теңдемелериңизди тескери буруп, продуктылар менен реактивдер бири -бирин жокко чыгарса, сиз алмаштырып жаткан формация реакциясынын энтальпиясынын белгисин өзгөртүңүз.
Жогорудагы мисалда, C үчүн колдонгон формациялык реакцияга көңүл буруңуз2H5Оо тескери. C2H5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 көрсөтүү C.2H5OH бөлүнгөн, пайда болгон эмес. Продукциялар менен реактивдер бири -бирин жокко чыгарышы үчүн биз бул теңдемени артка кайтаргандыктан, биз формация энтальпиясынын белгисин 228 кДж/моль кылып өзгөрттүк. Чынында, С үчүн формация энтальпиясы2H5OH -228 кДж/моль.
3 методу 3: Эксперименттердеги энтальпия өзгөрүүсүн байкоо
Кадам 1. Таза идишти алып, аны суу менен толтуруңуз
Энтальпия принцибин жөнөкөй эксперимент менен көрүү оңой. Эксперименталдык реакцияңыз сырткы заттар менен булганбаганына ынануу үчүн, колдонгуңуз келген контейнерлерди тазалап, стерилдөөңүз. Илимпоздор энтальпияны өлчөө үчүн калориметр деп аталган атайын пломбаланган идиштерди колдонушат, бирок сиз каалаган айнек же кичинекей пробирка менен жакшы жыйынтыктарды ала аласыз. Кандай контейнер колдонсоңуз да, аны бөлмө температурасындагы таза суу менен толтуруңуз. Сиз ошондой эле муздак температурасы бар бөлмөдө эксперимент жасашыңыз керек.
Бул эксперимент үчүн сизге кичинекей контейнер керек болот. Биз Алка-Зельцердин энтальпиясынын өзгөрүүсүнүн сууга тийгизген таасирин изилдейбиз, андыктан азыраак суу колдонсоңуз, температуранын өзгөрүүсү ошончолук ачык болот
Кадам 2. Термометрди контейнерге салыңыз
Термометрди алып, контейнерге термометрдин учу суу астында калгандай кылып коюңуз. Суунун температурасын окуңуз - биздин максаттар үчүн суунун температурасы реакциянын баштапкы температурасы Т1 менен белгиленет.
Айталы, биз суунун температурасын өлчөйбүз жана натыйжасы 10 градус C. Бир нече кадамдын ичинде бул температуранын көрсөткүчтөрүн колдонуп, энтальпия принцибин далилдейбиз
3-кадам. Контейнерге бир Alka-Seltzer кошуңуз
Экспериментти баштоого даяр болгондо, сууга Alka-Seltzer таштаңыз. Дандын көбүктөнүп, чырылдап жатканын дароо байкайсыз. Мончоктор сууда ээригенде, алар химиялык бикарбонатка (HCO.) Ажырашат.3-) жана лимон кислотасы (ал суутек иондору түрүндө реакцияга кирет, Н+). Бул химиялык заттар суу менен көмүр кычкыл газын 3HCO теңдемесинде пайда кылуу үчүн жооп беришет3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Кадам 4. Реакция аяктаганда температураны өлчөгүлө
Реакциянын жүрүшүн байкаңыз - Alka -Seltzer гранулдары акырындык менен эрип кетет. Дандын реакциясы бүтөөрү менен (же жайлап), температураны кайра өлчөгүлө. Суу мурункуга караганда муздак болушу керек. Эгер жылуу болсо, анда экспериментке тышкы күчтөр таасир этиши мүмкүн (мисалы, сиз жаткан бөлмө жылуу болсо).
Эксперименталдык мисалыбыз үчүн, дандын жарылуусун токтоткондон кийин суунун температурасы 8 градус С дейли
5 -кадам. Реакциянын энтальпиясын баалаңыз
Идеалдуу экспериментте Alka-Seltzer данын сууга түшүргөнүңүздө, ал суу менен көмүр кычкыл газын пайда кылат (газ чырылдаган көбүк катары байкалат) жана суунун температурасынын төмөндөшүнө алып келет. Бул маалыматтан, биз реакция эндотермикалык деп ойлойбуз - башкача айтканда, ал курчап турган чөйрөдөн энергияны сиңирет. Эриген суюк реагенттер газ түрүндөгү продукцияны өндүрүү үчүн кошумча энергияны талап кылат, ошондуктан алар энергияны айлана -чөйрөдөн жылуулук түрүндө сиңиришет (бул экспериментте суу). Бул суунун температурасынын төмөндөшүнө алып келет.
