Cum se calculează entalpia unei reacții chimice

În timpul oricărei reacții chimice, căldura poate fi luată fie din mediul înconjurător, fie eliberată în ea. Schimbul de căldură între o reacție chimică și mediul său este cunoscut sub numele de entalpia reacției sau h. Cu toate acestea, H nu poate fi măsurată direct - în schimb, oamenii de știință folosesc Schimbare în temperatura unei reacții în timp pentru a găsi Schimbare în entuziasm în timp (denotat ca Δh). Cu ΔH, un om de știință poate determina dacă o reacție renunță la căldură (sau "este exotermic") sau ia căldură (sau "este endotermic"). În general, ΔH = M X S x Δt, unde M este masa reactanților, S este căldura specifică a produsului, iar ΔT este schimbarea temperaturii din reacție.

Pași

Metoda 1 din 3:
Rezolvarea problemelor de entalpie
  1. Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 1
1. Determinați produsele și reactanții reacției dvs. Orice reacție chimică implică două categorii de produse chimice - produse și reactanți. Produsele sunt substanțele chimice creată prin reacție, în timp ce reactanții sunt substanțele chimice Interacționați, combinați sau descompuneți-vă pentru a face produsul. Cu alte cuvinte, reactanții unei reacții sunt ca ingredientele dintr-o rețetă, în timp ce produsele sunt ca vasul finit. Pentru a găsi ΔH pentru o reacție, identificați mai întâi produsele și reactanții acestuia.
  • De exemplu, să spunem că vrem să găsim entalpia reacției pentru formarea de apă din hidrogen și oxigen: 2H2 (Hidrogen) + o2 (Oxigen) → 2h2O (apă). În această ecuație, H2 și O2 sunt reactanții și H2O este produsul.
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 2
    2. Determinați masa totală a reactanților. Apoi, găsiți masele reactanților dvs. Dacă nu cunoașteți masele lor și nu puteți cântări reactanții într-un echilibru științific, puteți folosi masele lor molare pentru a-și găsi masele reale. Masile molare sunt constante care pot fi găsite pe mese periodice standard (pentru elemente individuale) și în alte resurse de chimie (pentru molecule și compuși). Pur și simplu multiplicați masa molară a fiecărui reactant prin numărul de moli folosiți pentru a găsi masele reactivilor.
  • În exemplul nostru de apă, reactanții noștri sunt gaze hidrogen și oxigen, care au mase molare de 2 g și respectiv 32 g. De când am folosit 2 moli de hidrogen (însemnat de "2" coeficientul în ecuația de lângă H2) și 1 mol de oxigen (semnificat prin nici un coeficient de lângă O2), putem calcula masa totală a reactanților după cum urmează:
    2 × (2G) + 1 × (32G) = 4G + 32G = 36G
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 3
    3. Găsiți căldura specifică a produsului dvs. Apoi, găsiți căldura specifică a produsului pe care îl analizați. Fiecare element sau moleculă are o valoare de căldură specifică asociată cu aceasta: aceste valori sunt constante și sunt de obicei localizate în resursele de chimie (cum ar fi, de exemplu, în tabele din spatele unui manual de chimie). Există mai multe modalități diferite de a măsura căldura specifică, dar pentru formula noastră, vom folosi valoarea măsurată în unitățile Joule / Gram ° C.
  • Rețineți că, dacă ecuația dvs. are mai multe produse, va trebui să efectuați calculul entalpy pentru reacția componentă utilizată pentru a produce fiecare produs, apoi adăugați-le împreună pentru a găsi entalpia pentru întreaga reacție.
  • În exemplul nostru, produsul final este apa, care are o căldură specifică de aproximativ 4.2 joule / gram ° C.
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 4
    4. Găsiți diferența de temperatură după reacție. Apoi, vom găsi Δt, schimbarea temperaturii de la reacția după reacție după reacție. Scădea temperatura inițială (sau t1) a reacției de la temperatura finală (sau t2) pentru a calcula această valoare. Ca și în majoritatea lucrurilor de chimie, temperaturile Kelvin (K) ar trebui folosite aici (deși Celsius (C) va da aceleași rezultate).
  • Pentru exemplul nostru, hai să spunem că reacția noastră a fost de 185k la început, dar a răcit la 95k până când a terminat. În acest caz, ΔT va fi calculat după cum urmează:
    Δt = T2 - T1 = 95K - 185K = -90k
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 5
    5. Utilizați formula ΔH = M X S x Δt pentru a rezolva. Odată ce aveți m, masa reactanților dvs., S, căldura specifică a produsului dvs. și ΔT, modificarea temperaturii din reacția dvs., sunteți pregătit să găsiți entalpia reacției. Pur și simplu conectați valorile în formula ΔH = M X S x Δt și multiplicați pentru a rezolva. Răspunsul dvs. va fi în unitatea de energie Joules (J).
  • Pentru problema noastră de exemplu, am găsi entalpia de reacție după cum urmează:
    ΔH = (36G) × (4.2 JK-1 G-1) × (-90k) =-13,608 J
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 6
    6. Determina dacă reacția dvs. câștigă sau pierde energie. Unul dintre cele mai frecvente motive că ΔH se calculează pentru diferite reacții este de a determina dacă reacția este exotermă (pierde energie și dă căldură) sau endotermică (creșterea energiei și absoarbe căldura). Dacă semnul răspunsului final pentru ΔH este pozitiv, reacția este endotermică. Pe de altă parte, dacă semnul este negativ, reacția este exotermă. Cu cât este mai mare numărul în sine, cu atât este mai exo- sau endo- termică reacția. Feriți-vă de reacții puternic exoterme - acestea pot semnifica uneori o versiune mare de energie, care, dacă este suficient de rapidă, poate provoca o explozie.
  • În exemplul nostru, răspunsul nostru final este -13608 J. Deoarece semnul este negativ, știm că reacția noastră este exotermic. Acest lucru are sens - h2 și O2 sunt gaze, în timp ce h2O, produsul, este un lichid. Gazele fierbinți (sub formă de abur) trebuie să elibereze energia în mediul înconjurător sub formă de căldură pentru a se răci până la punctul în care pot forma apă lichidă, ceea ce înseamnă că formarea de h2O este exotermă.
    • Metoda 2 din 3:
    Estimarea entalpiei
    1. Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 7
    1. Utilizați energii de obligațiuni pentru a estima entalpii. Aproape toate reacțiile chimice implică formarea sau ruperea obligațiunilor între atomi. Deoarece, într-o reacție chimică, energia nu poate fi nici distrusă, nici creată, dacă cunoaștem energia necesară pentru a forma sau rupe legăturile făcute (sau rupte) în reacție, putem estima modificarea entalpiei pentru întreaga reacție cu o precizie ridicată Prin adăugarea acestor energii de legătură.
    • De exemplu, să luăm în considerare reacția h2 + F2 → 2hf. În acest caz, energia necesară pentru a sparge atomii H în h2 molecula separată este de 436 kJ / mol, în timp ce energia necesară pentru F2 este de 158 kJ / mol. În cele din urmă, energia necesară pentru a forma hffrom h și f este = -568 kJ / mol. Înmulțim acest lucru cu 2 deoarece produsul din ecuație este 2HF, oferindu-ne 2 × -568 = -1136 kJ / mol. Adăugând toate acestea, avem:
      436 + 158 + -1136 = -542 kJ / mol / mol.
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 8
    2. Utilizați entalpii de formare pentru a estima entalpia. Entalpii de formare sunt stabilite valori ΔH care reprezintă modificările entalpii de la reacțiile utilizate pentru a crea produse chimice date. Dacă știți entalpiile de formare necesare pentru a crea produse și reactanți într-o ecuație, le puteți adăuga pentru a estima entalpia mult ca și cu energii de legătură așa cum s-a descris mai sus.
  • De exemplu, să luăm în considerare reacția c2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3h2O. În acest caz, cunoaștem entalpii de formare pentru următoarele reacții:
    C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 = 228 kJ / mol / mol
    2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ / mol / mol
    3h2 + 1.5 O2 → 3h2O = -286 × 3 = -858 kJ / mol / mol
    Deoarece putem adăuga aceste ecuații până la GETC2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3h2O, reacția pe care încercăm să găsim entalpia, putem adăuga pur și simplu entalpii de reacții de formare de mai sus pentru a găsi entalpia acestei reacții după cum urmează:
    228 + -788 + -858 = -1418 kJ / mol.
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 9
    3. Nu uitați să comutați semne la inversarea ecuațiilor. Este important să rețineți că atunci când utilizați entalpii de formare pentru a calcula entalpia unei reacții, trebuie să inversați semnul entalpiei de formarewhenver Înversați ecuația reacției componentelor. Cu alte cuvinte, dacă trebuie să transformați una sau mai multe ecuații de reacție de formare pentru a obține toate produsele și reactanții dvs. să anuleze în mod corespunzător, inversați semnul cu entalpii de reacții de formare pe care ați avut-o să le răsturnați.
  • În exemplul de mai sus, observați că reacția de formare pe care o folosim pentru C2H5Oh, este înapoi. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 arată C2H5Se rupe, nu se formează. Pentru că am transformat ecuația în jurul valorii pentru a obține toate produsele și reactanții să anuleze în mod corespunzător, am inversat semnul despre entalpia formării pentru a ne oferi 228 kJ / mol. În realitate, entalpia formării pentru c2H5Oh este -228 kj / mol / mol.
    • Metoda 3 din 3:
    Observând că enthalpy se schimbă experimental
    1. Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 10
    1. Apucați un recipient curat și umpleți-l cu apă. Este ușor să vezi principiile entalpii în acțiune cu un experiment simplu. Pentru a vă asigura că reacția din experimentul dvs. va avea loc fără contaminare străină, curățați și sterilizați recipientul pe care intenționați să îl utilizați. Oamenii de știință utilizează recipiente închise speciale numite calorimetri pentru a măsura entalpia, dar puteți obține rezultate rezonabile cu orice borcan sau balon mic de sticlă. Indiferent de containerul pe care îl utilizați, completați-l cu apă curată, la temperatura camerei. Veți dori, de asemenea, să efectuați reacția undeva în interior cu o temperatură rece.
    • Pentru acest experiment, veți dori un container destul de mic. Vom testa efectele de modificare a entalpilor ale Alka-Seltzer pe apă, astfel încât mai puțină apă folosită, cu atât va fi mai evidentă schimbarea temperaturii.
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 11
    2. Introduceți un termometru în container. Luați un termometru și setați-l în recipient, astfel încât capătul de citire a temperaturii să fie sub nivelul apei. Luați o citire a temperaturii apei - pentru scopurile noastre, temperatura apei va reprezenta T1, temperatura inițială a reacției.
  • Să spunem că măsuram temperatura apei și găsim că este exact 10 grade C. În câțiva pași, vom folosi această citire a temperaturii de probă pentru a demonstra directorii entalpii.
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 12
    3. Adăugați o tabletă Alka-Seltzer la container. Când sunteți gata să începeți experimentul, aruncați un singur comprimat Alka-Seltzer în apă. Ar trebui să observați că începe imediat să bubble și pe Fizz. Pe măsură ce comprimatul se dizolvă în apă, se descompune în bicarbonatul chimic (HCO3) și acidul citric (care reacționează sub formă de ioni de hidrogen, h). Aceste substanțe chimice reacționează la forma de apă și dioxid de carbon în reacția 3HCO3 + 3h → 3h2O + 3CO2.
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 13
    4. Măsurați temperatura atunci când reacția se termină. Monitorizați reacția pe măsură ce se desfășoară - comprimatul Alka-Seltzer ar trebui să se dizolve treptat. De îndată ce tableta își termină reacția (sau pare să fi încetinit într-un crawl), măsurați din nou temperatura. Apa ar trebui să fie puțin mai rece decât înainte. Dacă este mai cald, experimentul poate fi fost afectat de o forță exterioară (cum ar fi, de exemplu, dacă camera în care vă aflați este deosebit de caldă).
  • Pentru experimentul nostru exemplu, hai să spunem că temperatura apei este de 8 grade C după ce tableta a terminat de la Fizzing.
  • Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 14
    5. Estimați entalpia reacției. Într-un experiment ideal, atunci când adăugați comprimatul Alka-Seltzer în apă, acesta formează gaze de apă și dioxid de carbon (dintre care acesta din urmă poate fi observat ca bule fizice) și cauzează scăderea temperaturii apei. Din aceste informații, ne-am aștepta ca reacția să fie endotermă - adică una care absoarbe energia din mediul înconjurător. Reactanții lichizi dizolvați au nevoie de energie suplimentară pentru a face saltul la produsul gazos, deci este nevoie de energie sub formă de căldură din împrejurimile sale (în acest caz, apă). Acest lucru face ca temperatura apei să cadă.
  • În exemplul nostru de exemplu, temperatura apei a scăzut cu două grade după adăugarea Alka-Seltzer. Acest lucru este în concordanță cu felul de reacție endotermică ușor pe care ne-am aștepta.

    • sfaturi

    Aceste calcule se realizează utilizând Kelvin (K) - o scală pentru măsurarea temperaturii la fel ca la Celsius. Pentru a converti între centigrade și kelvin, pur și simplu adăugați sau scădea 273 de grade: K = ° C + 273.
    Partajați pe rețeaua socială:
    Similar