วิธีการคำนวณ Enthalpy Change

Posted on
ผู้เขียน: Monica Porter
วันที่สร้าง: 22 มีนาคม 2021
วันที่อัปเดต: 15 พฤษภาคม 2024
Anonim
Hess’s Law Problems & Enthalpy Change - Chemistry
วิดีโอ: Hess’s Law Problems & Enthalpy Change - Chemistry

เนื้อหา

การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยาคือปริมาณความร้อนที่ถูกดูดซับหรือถูกปล่อยออกมาเมื่อเกิดปฏิกิริยาถ้าเกิดขึ้นที่ความดันคงที่ คุณทำการคำนวณให้เสร็จสิ้นในรูปแบบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะและข้อมูลใดที่คุณมีอยู่ สำหรับการคำนวณจำนวนมากกฎหมายของเฮสส์เป็นข้อมูลสำคัญที่คุณต้องใช้ แต่ถ้าคุณรู้ว่าเอนทาลปีของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นการคำนวณนั้นง่ายกว่ามาก

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

คุณสามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงในเอนทัลปีโดยใช้สูตรง่าย ๆ : ∆H = Hผลิตภัณฑ์ - ชสารตั้งต้น

ความหมายของ Enthalpy

คำจำกัดความที่ชัดเจนของเอนทาลปี (H) คือผลรวมของพลังงานภายใน (U) รวมถึงผลคูณของความดัน (P) และปริมาตร (V) ในสัญลักษณ์นี่คือ:

H = U + PV

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปี (∆H) จึงเป็น:

∆H = ∆U + ∆P∆V

ในกรณีที่สัญลักษณ์เดลต้า (∆) หมายถึง“ การเปลี่ยนแปลง” ในทางปฏิบัติความดันจะคงที่และสมการข้างต้นจะแสดงได้ดีกว่าเป็น:

∆H = ∆U + P∆V

อย่างไรก็ตามสำหรับความดันคงที่การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีคือการถ่ายเทความร้อน (q):

∆H = q

หาก (q) เป็นบวกปฏิกิริยาคือ endothermic (เช่นดูดซับความร้อนจากสภาพแวดล้อม) และหากเป็นลบปฏิกิริยาจะคายความร้อน (เช่นปล่อยความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม) Enthalpy มีหน่วยเป็น kJ / mol หรือ J / mol หรือโดยทั่วไปคือพลังงาน / มวล สมการข้างต้นเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ของการไหลของความร้อนและพลังงาน: อุณหพลศาสตร์

การคำนวณการเปลี่ยนเอนทัลปีอย่างง่าย

วิธีพื้นฐานที่สุดในการคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีใช้เอนทาลปีของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น หากคุณรู้ว่าปริมาณเหล่านี้ใช้สูตรต่อไปนี้เพื่อแก้ไขการเปลี่ยนแปลงโดยรวม:

∆H = Hผลิตภัณฑ์ - ชสารตั้งต้น

การเติมโซเดียมไอออนเข้ากับคลอไรด์ไอออนเพื่อสร้างโซเดียมคลอไรด์เป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาที่คุณสามารถคำนวณได้ด้วยวิธีนี้ อิออนโซเดียมมีเอนทัลปีที่ 239.7 kJ / mol และคลอไรด์ไอออนมี enthalpy −167.4 kJ / mol โซเดียมคลอไรด์ (เกลือแกง) มีเอนทัลปีของ −411 kJ / mol การแทรกค่าเหล่านี้จะให้:

H = −411 kJ / mol - (−239.7 kJ / mol −167.4 kJ / mol)

= −411 kJ / mol - (−407.1 kJ / mol)

= −411 kJ / mol + 407.1 kJ / mol = −3.9 kJ / mol

ดังนั้นการก่อตัวของเกลือจะปลดปล่อยพลังงานเกือบ 4 กิโลจูลต่อโมล

เอนทาลปีของการเปลี่ยนเฟส

เมื่อสารเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลวของเหลวเป็นแก๊สหรือของแข็งเป็นก๊าซมีความเกี่ยวข้องเฉพาะในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ เอนทาลปี (หรือความร้อนแฝง) ของการหลอมอธิบายการเปลี่ยนผ่านจากของแข็งเป็นของเหลว (ย้อนกลับคือลบค่านี้และเรียกว่าเอนทาลปีของฟิวชั่น) เอนทาลปีของการระเหยกลายเป็นไออธิบายการเปลี่ยนผ่านจากของเหลวเป็นแก๊ส เอนทาลปีของการระเหิดอธิบายการเปลี่ยนผ่านจากของแข็งเป็นแก๊ส (ย้อนกลับเรียกอีกครั้งว่าเอนทาลปีของการควบแน่น)

สำหรับน้ำเอนทาลปีของการหลอมคือ ∆Hร้องไห้ = 6.007 kJ / mol ลองนึกภาพว่าคุณให้ความร้อนน้ำแข็งจาก 250 เคลวินจนกระทั่งละลายแล้วทำให้น้ำร้อนถึง 300 เคการเปลี่ยนเอนทัลปีสำหรับชิ้นส่วนเครื่องทำความร้อนเป็นเพียงความร้อนที่ต้องการดังนั้นคุณจึงสามารถใช้งานได้:

∆H = nC∆T

โดยที่ (n) คือจำนวนโมล (∆T) คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและ (C) คือความร้อนจำเพาะ ความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งคือ 38.1 J / K mol และความร้อนเฉพาะของน้ำคือ 75.4 J / K mol ดังนั้นการคำนวณจะเกิดขึ้นในไม่กี่ส่วน ก่อนอื่นน้ำแข็งจะต้องได้รับความร้อนตั้งแต่ 250 K ถึง 273 K (เช่น −23 ° C ถึง 0 ° C) สำหรับน้ำแข็ง 5 โมลนี่คือ:

∆H = nC∆T

= 5 โมล× 38.1 J / K โมล× 23 K

= 4.382 kJ

ทีนี้คูณเอนทาลปีของการหลอมด้วยจำนวนโมล:

∆H = n ∆Hร้องไห้

= 5 โมล× 6.007 kJ / โมล

= 30.035 kJ

การคำนวณการระเหยกลายเป็นเหมือนเดิมยกเว้นการระเหยกลายเป็นไอแทนการหลอมละลาย สุดท้ายคำนวณขั้นตอนการทำความร้อนขั้นสุดท้าย (จาก 273 ถึง 300 K) ในลักษณะเดียวกับขั้นตอนแรก:

∆H = nC∆T

= 5 โมล× 75.4 J / K โมล× 27 K

= 10.179 kJ

รวมส่วนเหล่านี้เพื่อค้นหาการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดในเอนทาลปีของปฏิกิริยา:

ΔHรวม = 10.179 kJ + 30.035 kJ + 4.382 kJ

= 44.596 kJ

กฎหมายของเฮสส์

กฎหมายของ Hess มีประโยชน์เมื่อปฏิกิริยาที่คุณพิจารณามีสองส่วนขึ้นไปและคุณต้องการค้นหาการเปลี่ยนแปลงโดยรวมในเอนทัลปี มันระบุว่าการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีสำหรับปฏิกิริยาหรือกระบวนการไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางที่เกิดขึ้น ซึ่งหมายความว่าหากปฏิกิริยาเปลี่ยนสารเป็นสารอื่นมันไม่สำคัญว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นในขั้นตอนเดียว (สารตั้งต้นกลายเป็นผลิตภัณฑ์ทันที) หรือไม่ว่าจะผ่านหลายขั้นตอน (สารตั้งต้นกลายเป็นตัวกลางแล้วกลายเป็นผลิตภัณฑ์) การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี เหมือนกันในทั้งสองกรณี

โดยปกติจะช่วยในการวาดไดอะแกรม (ดูแหล่งข้อมูล) เพื่อช่วยให้คุณใช้กฎหมายนี้ ตัวอย่างหนึ่งคือถ้าคุณเริ่มต้นด้วยหกโมลของคาร์บอนรวมกับไฮโดรเจนสามตัวพวกมันจะรวมเข้ากับออกซิเจนเป็นขั้นตอนตัวกลางจากนั้นกลายเป็นเบนซีนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

กฎหมายของ Hess ระบุว่าการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยาเป็นผลรวมของการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีของทั้งสองส่วน ในกรณีนี้การเผาไหม้หนึ่งโมลของคาร์บอนมี ∆H = −394 kJ / mol (เกิดขึ้นหกครั้งในปฏิกิริยา) การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของการเผาไหม้ของก๊าซไฮโดรเจนหนึ่งโมลคือ ∆H = −286 kJ / mol (เกิดขึ้นสามครั้ง) และคาร์บอนไดออกไซด์และตัวกลางน้ำกลายเป็นเบนซีนโดยมีการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของ ∆H = +3,267 kJ / mol

รับผลรวมของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เพื่อค้นหาการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีทั้งหมดโดยจดจำจำนวนที่เพิ่มขึ้นของจำนวนโมลที่ต้องการในขั้นตอนแรกของปฏิกิริยา:

ΔHรวม = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol