Sådan beregnes enhalpy af en kemisk reaktion

Under enhver kemisk reaktion kan varme enten tages ind fra miljøet eller frigives ud i det. Varmeudvekslingen mellem en kemisk reaktion og dens miljø er kendt som enhalpy of reaktion eller H. Men H kan ikke måles direkte - i stedet bruger forskere lave om i temperaturen på en reaktion over tid for at finde lave om i enthalpy over tid (betegnet som ΔH). Med ΔH kan en videnskabsmand bestemme, om en reaktion afgiver varme (eller "er eksotermisk") eller tager i varme (eller "er endotermic"). Generelt, ΔH = M x S x Δt, Hvor m er massen af ​​reaktanterne, S er den specifikke varme af produktet, og ΔT er temperaturændringen fra reaktionen.

Trin

Metode 1 af 3:
Løsning af enthalpy problemer
  1. Billedet med titlen Beregn enhalpy af en kemisk reaktion Trin 1
1. Bestem din reaktions produkter og reaktanter. Enhver kemisk reaktion involverer to kategorier af kemikalier - produkter og reaktanter. Produkter er kemikalierne oprettet ved reaktionen, mens reaktanter er de kemikalier, der interagere, kombinere eller bryde ned at gøre produktet. Med andre ord er reaktanterne af en reaktion som ingredienserne i en opskrift, mens produkterne er som den færdige skål. For at finde ΔH for en reaktion, skal du først identificere sine produkter og reaktanter.
  • Som et eksempel, lad os sige, at vi ønsker at finde entaly af reaktion på dannelsen af ​​vand fra hydrogen og ilt: 2 timer2 (Hydrogen) + o2 (Oxygen) → 2h2O (vand). I denne ligning, H2 og O2 er reaktanterne og H2O er produktet.
  • Billedet med titlen Beregn enhalpyen af ​​en kemisk reaktion Trin 2
    2. Bestem den samlede masse af reaktanterne. Derefter skal du finde masserne på dine reaktanter. Hvis du ikke kender deres masser og ikke er i stand til at veje reaktanterne i en videnskabelig balance, kan du bruge deres molære masser til at finde deres faktiske masser. Molære masser er konstanter, der kan findes på standard periodiske tabeller (for individuelle elementer) og i andre kemi ressourcer (for molekyler og forbindelser). Simpelthen multiplicer den molære masse af hver reaktant med antallet af mol, der anvendes til at finde reaktanternes masser.
  • I vores vandeksempel er vores reaktanter hydrogen- og oxygengasser, som har molære masser på henholdsvis 2 g og 32 g. Da vi brugte 2 mol hydrogen (tegnet af "2" koefficient i ligningen ved siden af ​​H2) og 1 mol oxygen (betegnet ved ingen koefficient ved siden af ​​o2), kan vi beregne den samlede masse af reaktanterne som følger:
    2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g
  • Billedet med titlen Beregner enthalpyen af ​​en kemisk reaktion Trin 3
    3. Find den specifikke varme af dit produkt. Næste, find den specifikke varme af det produkt, du analyserer. Hvert element eller molekyle har en bestemt varmeværdi forbundet med den: Disse værdier er konstanter og er normalt placeret i kemi ressourcer (som for eksempel i tabeller på bagsiden af ​​en kemi lærebog). Der er flere forskellige måder at måle specifik varme på, men for vores formel bruger vi værdien målt i enhederne JOULE / GRAM ° C.
  • Bemærk, at hvis din ligning har flere produkter, skal du udføre enthalpyberegningen for komponentreaktionen, der bruges til at producere hvert produkt, og tilsæt derefter dem sammen for at finde enthalpyen for hele reaktionen.
  • I vores eksempel er slutproduktet vand, som har en bestemt varme på ca 4.2 JOULE / GRAM ° C.
  • Billedet med titlen Beregn enhalpyen af ​​en kemisk reaktion Trin 4
    4. Find forskellen i temperatur efter reaktionen. Dernæst finder vi ΔT, temperaturændringen fra før reaktionen efter reaktionen. Trække reaktionstemperaturen (eller T1) fra den endelige temperatur (eller T2) for at beregne denne værdi. Som i de fleste kemi-arbejde skal Kelvin (K) temperaturer anvendes her (selvom Celsius (C) vil give de samme resultater).
  • For vores eksempel, lad os sige, at vores reaktion var 185k i starten, men havde afkølet til 95k på det tidspunkt, den var færdig. I dette tilfælde vil ΔT beregnes som følger:
    Δt = t2 - t1 = 95k - 185k = -90k
  • Billedet med titlen Beregn enhalpyen af ​​en kemisk reaktion Trin 5
    5. Brug formlen ΔH = M x S x Δt for at løse. Når du har m, er massen af ​​dine reaktanter, S, den specifikke varme af dit produkt og ΔT, temperaturændringen fra din reaktion, du er parat til at finde enthalpy af reaktion. Du skal blot tilslutte dine værdier i formlen ΔH = M x S x Δt og multiplicere til at løse. Dit svar vil være i enheden af ​​energi joules (J).
  • For vores eksempel problem ville vi finde enthalpy af reaktion som følger:
    ΔH = (36g) × (4.2 JK-1 G-1) × (-90k) =-13.608 J
  • Billedet med titlen Beregn enhalpy af en kemisk reaktion Trin 6
    6. Bestem, om din reaktion får eller taber energi. En af de mest almindelige grunde til, at Δ er beregnet for forskellige reaktioner, er at bestemme, om reaktionen er eksoterm (mister energi og afgiver varme) eller endoterm (vinder energi og absorberer varme). Hvis tegnet på dit endelige svar for ΔH er positivt, er reaktionen endotermisk. På den anden side, hvis tegnet er negativt, er reaktionen eksotermisk. Jo større antallet selv er, jo mere exo- eller endo termisk er reaktionen. Pas på stærkt eksotermiske reaktioner - disse kan undertiden betegne en stor frigivelse af energi, som, hvis det er hurtigt nok, kan forårsage en eksplosion.
  • I vores eksempel er vores sidste svar -13608 J. Da tegnet er negativt, ved vi, at vores reaktion er eksotermisk. Dette giver mening - H2 og O2 er gasser, mens h2O, produktet, er en væske. De varme gasser (i form af damp) skal frigive energi i miljøet i form af varme for at afkøle til det punkt, at de kan danne flydende vand, hvilket betyder, at dannelsen af ​​H2O er eksotermisk.
    • Metode 2 af 3:
    Estimating enthalpy
    1. Billedet med titlen Beregn enhalpyen af ​​en kemisk reaktion Trin 7
    1. Brug obligationsenergier til at estimere enthalpy. Næsten alle kemiske reaktioner involverer dannelse eller brudbindinger mellem atomer. Siden i en kemisk reaktion kan energi hverken blive ødelagt eller oprettet, hvis vi kender den energi, der kræves for at danne eller ødelægge de obligationer, der gøres (eller brudt) i reaktionen, kan vi estimere enthalpetændringen for hele reaktionen med høj nøjagtighed Ved at tilføje disse obligationsenergier.
    • For eksempel, lad os overveje reaktionen H2 + F2 → 2hf. I dette tilfælde kræves den energi til at bryde H-atomerne i H2 Molekyle fra hinanden er 436 kJ / mol, mens den energi, der kræves for f2 er 158 kj / mol. Endelig er den energi, der er nødvendig for at danne HFFROM H og F, = -568 KJ / Mol. Vi multiplicerer dette med 2, fordi produktet i ligningen er 2HF, giver os 2 × -568 = -1136 kj / mol. Tilføjelse af disse helt op, vi får:
      436 + 158 + -1136 = -542 KJ / MOL.
  • Billedet med titlen Beregn enhalpyen af ​​en kemisk reaktion Trin 8
    2. Brug enthalpies af formation til at estimere enthalpy. Enthalpies af formation er indstillet ΔH værdier, der repræsenterer enthalpy-ændringer fra reaktioner, der bruges til at skabe givne kemikalier. Hvis du kender de bedøvelser om formation, der kræves for at skabe produkter og reaktanter i en ligning, kan du tilføje dem for at estimere enthalpyen meget, som du ville med Bond Energies som beskrevet ovenfor.
  • For eksempel, lad os overveje reaktionen C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3h2O. I dette tilfælde kender vi dannelsens enthalpies for følgende reaktioner:
    C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 = 228 kj / mol
    2c + 2o2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kj / mol
    3H2 + 1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kj / mol
    Da vi kan tilføje disse ligninger op til getc2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3h2O, den reaktion vi forsøger at finde enthalpy for, vi kan blot tilføje enthalpies af formationsreaktionerne ovenfor for at finde enthalpyen i denne reaktion som følger:
    228 + -788 + -858 = -1418 KJ / MOL.
  • Billedet med titlen Beregn enhalpy af et kemisk reaktion Trin 9
    3. Glem ikke at skifte tegn, når der reverserer ligninger. Det er vigtigt at bemærke, at når du bruger enthalpies af dannelse til at beregne entalperien af ​​en reaktion, skal du vende tegn på enthalpyen af ​​formation Når du vender omekomponentens ligning. Med andre ord, hvis du skal vende en eller flere af dine formationsreaktionsligninger baglæns for at få alle dine produkter og reaktanter til at annullere ordentligt, skal du vende skiltet på enthalperne i formationsreaktionerne, du måtte vende.
  • I eksemplet ovenfor bemærkes, at formationsreaktionen vi bruger til C2H5Åh er baglæns. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 viser C2H5Åh bryde ned, ikke dannes. Fordi vi slog ligningen rundt for at få alle produkterne og reaktanterne til at annullere ordentligt, vendte vi tegn på enthalpy for dannelse for at give os 228 kj / mol. I virkeligheden er enhalpy for dannelse for C2H5OH er -228 kj / mol.
    • Metode 3 af 3:
    Observere enthalpy ændrer eksperimentelt
    1. Billedet med titlen Beregn enhalpy af et kemisk reaktionstrin 10
    1. Tag en ren beholder og fyld den med vand. Det er nemt at se principperne om enthalpy i aktion med et simpelt eksperiment. For at sikre, at reaktionen i dit eksperiment vil finde sted uden udenlandsk forurening, rengør og steriliserer den beholder, du planlægger at bruge. Forskere bruger særlige lukkede beholdere kaldet kalorimetre til at måle enthalpy, men du kan opnå rimelige resultater med enhver lille glasburk eller kolbe. Uanset hvilken beholder du bruger, fyld den med rent, rumtemperatur vandhaner. Du vil også gerne gennemføre reaktionen et sted indendørs med en kølig temperatur.
    • Til dette eksperiment vil du have en temmelig lille beholder. Vi vil teste de entalpy-ændrede virkninger af ALKA-SELTZER på vand, så jo mindre vand bruges, jo mere indlysende vil temperaturændringen være.
  • Billedet med titlen Beregn enhalpy af en kemisk reaktion Trin 11
    2. Indsæt et termometer i beholderen. Grib et termometer og sæt det i beholderen, så temperaturlæsningsendet sidder under vandniveauet. Tag en temperaturlæsning af vandet - til vores formål vil temperaturen af ​​vandet repræsentere T1, reaktionens indledende temperatur.
  • Lad os sige, at vi måler vandets temperatur og finder ud af, at det er præcis 10 grader C. I et par trin bruger vi denne prøvetemperaturlæsning til at demonstrere principperne om enthalpy.
  • Billedet med titlen Beregn enhalpyen af ​​en kemisk reaktion Trin 12
    3. Tilføj en alka-seltzer tablet til beholderen. Når du er klar til at starte eksperimentet, skal du slippe en enkelt alka-seltzer tablet i vandet. Du bør bemærke, at det straks begynder at boble og fizz. Da tabletten opløses i vandet, bryder den ned i kemikalierne bicarbonat (HCO3) og citronsyre (som reagerer i form af hydrogenioner, h). Disse kemikalier reagerer på at danne vand- og kuldioxidgas i reaktionen 3HCO3 + 3h → 3H2O + 3CO2.
  • Billedet med titlen Beregn enhalpy af et kemisk reaktion Trin 13
    4. Mål temperaturen, når reaktionen er færdig. Overvåg reaktionen, da den fortsætter - Alka-Seltzer-tabletten skal gradvist opløses. Så snart tabletten afslutter sin reaktion (eller synes at have bremset til en crawl), måler temperaturen igen. Vandet skal være lidt koldere end før. Hvis det er varmere, kan eksperimentet have været påvirket af en ekstern kraft (som for eksempel, hvis rummet du er i, er særligt varmt).
  • For vores eksempel eksperiment, lad os sige, at temperaturen af ​​vandet er 8 grader C, efter at tabletten er færdig med fizzing.
  • Billedet med titlen Beregn enhalpyen af ​​et kemisk reaktionstrin 14
    5. Anslå på reaktionens enthalpy. I et ideelt forsøg, når du tilsætter ALKA-SELTZER-tabletten til vandet, danner den vand- og kuldioxidgas (sidstnævnte, hvis sidstnævnte kan observeres som fizzingbobler) og forårsager, at vandets temperatur falder. Fra disse oplysninger forventer vi, at reaktionen er endotermisk - det vil sige en, der absorberer energi fra det omgivende miljø. De opløste flydende reaktanter har brug for ekstra energi til at gøre hoppet til det gasformige produkt, så det tager energi i form af varme fra dets omgivelser (i dette tilfælde vand). Dette gør vandets temperaturfald.
  • I vores eksempelforsøg faldt vandets temperatur to grader efter at have tilføjet ALKA-SELTZER. Dette er i overensstemmelse med den slags mildt endotermreaktion, vi ville forvente.

    • Tips

    Disse beregninger udføres ved hjælp af Kelvin (K) - en skala til temperaturmåling ligesom Celsius. For at konvertere mellem centigrade og Kelvin, tilføjer du blot eller trækker 273 grader: K = ° C + 273.
    Del på sociale netværk :
    Lignende