- H = U + PV
- Entanpi của sự hình thành là gì?
- Thí dụ
- Các phản ứng tỏa nhiệt và thu nhiệt
- Phản ứng tỏa nhiệt
- Phản ứng thu nhiệt
- Entanpi của các giá trị hình thành của một số hợp chất hóa học vô cơ và hữu cơ ở 25 ° C và 1 atm áp suất
- Bài tập tính toán entanpi
- Bài tập 1
- Bài tập 2
- Bài tập 3
- Người giới thiệu
Các entanpy là thước đo lượng năng lượng chứa trong một cơ thể (hệ thống) có một khối lượng, phải chịu áp lực và là hoán đổi cho nhau với môi trường của nó. Nó được biểu thị bằng chữ H. Đơn vị vật lý liên quan đến nó là Joule (J = kgm2 / s2).
Về mặt toán học, nó có thể được biểu thị như sau:
H = U + PV
Ở đâu:
H = Entanpi
U = Nội năng của hệ
P = Áp suất
V = Khối lượng
Nếu cả U, P và V đều là hàm trạng thái thì H cũng sẽ như vậy. Điều này là do tại một thời điểm nhất định, một số điều kiện ban đầu và cuối cùng có thể được đưa ra cho biến được nghiên cứu trong hệ thống.
Entanpi của sự hình thành là gì?
Đó là nhiệt lượng được hấp thụ hoặc giải phóng bởi một hệ khi 1 mol sản phẩm của một chất được tạo ra từ các nguyên tố của nó ở trạng thái tập hợp bình thường của chúng; rắn, lỏng, khí, dung dịch hoặc ở trạng thái dị hướng ổn định nhất của nó.
Trạng thái dị hướng ổn định nhất của cacbon là graphit, ngoài ra còn ở điều kiện bình thường là áp suất 1 khí quyển và nhiệt độ 25 ° C.
Nó được ký hiệu là ΔH ° f. Theo cách này:
ΔH ° f = H cuối cùng - H ban đầu
Δ: Chữ cái Hy Lạp tượng trưng cho sự thay đổi hoặc biến thiên năng lượng của trạng thái cuối và trạng thái ban đầu. Chỉ số phụ f biểu thị sự hình thành hợp chất và chỉ số trên hoặc điều kiện tiêu chuẩn.
Thí dụ
Xét phản ứng tạo thành nước lỏng
H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285,84 kJ / mol
Thuốc thử : Hydro và Oxy ở trạng thái tự nhiên của nó là thể khí.
Sản phẩm : 1 mol nước lỏng.
Cần lưu ý rằng entanpi của sự hình thành theo định nghĩa là cho 1 mol hợp chất được tạo ra, vì vậy phản ứng phải được điều chỉnh nếu có thể với các hệ số phân số, như đã thấy trong ví dụ trước.
Các phản ứng tỏa nhiệt và thu nhiệt
Trong một quá trình hóa học, entanpi tạo thành có thể dương ΔHof> 0 nếu phản ứng thu nhiệt, tức là nó hấp thụ nhiệt từ môi chất hoặc âm ΔHof <0 nếu phản ứng tỏa nhiệt với sự tỏa nhiệt từ hệ.
Phản ứng tỏa nhiệt
Chất phản ứng có năng lượng cao hơn sản phẩm.
ΔH ° f <0
Phản ứng thu nhiệt
Các chất phản ứng có năng lượng thấp hơn các sản phẩm.
ΔH ° f> 0
Để viết đúng một phương trình hóa học, nó phải được cân bằng mol. Để tuân thủ "Luật Bảo tồn Vật chất", nó cũng phải chứa thông tin về trạng thái vật lý của các chất phản ứng và sản phẩm, được gọi là trạng thái tập hợp.
Cũng cần lưu ý rằng các chất tinh khiết có entanpi tạo thành bằng 0 ở điều kiện tiêu chuẩn và ở dạng ổn định nhất của chúng.
Trong hệ thống hóa học có các chất phản ứng và sản phẩm, entanpi của phản ứng bằng entanpi tạo thành ở điều kiện tiêu chuẩn.
ΔH ° rxn = ΔH ° f
Có tính đến những điều trên, chúng tôi phải:
ΔH ° rxn = ∑sản phẩm H sản phẩm hoạt tính Hreactive
Cho phản ứng hư cấu sau đây
aA + bB cC
Trong đó a, b, c là các hệ số của phương trình hóa học đã cân bằng.
Biểu thức entanpi của phản ứng là:
ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)
Theo giả thiết: a = 2 mol, b = 1 mol và c = 2 mol.
ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol, ΔH ° f (B) = -100 KJ / mol, ΔH ° f (C) = -30 KJ. Tính ΔH ° rxn
ΔH ° rxn = 2mol (-30KJ / mol) - (2mol (300KJ / mol + 1mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ)
ΔH ° rxn = -560KJ.
Sau đó nó tương ứng với một phản ứng tỏa nhiệt.
Entanpi của các giá trị hình thành của một số hợp chất hóa học vô cơ và hữu cơ ở 25 ° C và 1 atm áp suất
Bài tập tính toán entanpi
Bài tập 1
Tìm entanpi của NO2 (g) phản ứng theo phản ứng sau:
2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)
Sử dụng phương trình entanpi của phản ứng ta có:
ΔH ° rxn = ∑sản phẩm H sản phẩm hoạt tính Hreactive
ΔH ° rxn = 2mol (ΔH ° f NO2) - (2mol ΔH ° f NO + 1mol ΔH ° f O2)
Trong bảng ở phần trước, chúng ta có thể thấy rằng entanpi tạo thành đối với oxy là 0 KJ / mol, bởi vì oxy là một hợp chất tinh khiết.
ΔH ° rxn = 2mol (33,18KJ / mol) - (2mol 90,25 KJ / mol + 1mol 0)
ΔH ° rxn = -114,14 KJ
Một cách khác để tính toán entanpi của phản ứng trong một hệ thống hóa học là thông qua ĐỊNH LUẬT HESS, do nhà hóa học người Thụy Sĩ Germain Henri Hess đề xuất vào năm 1840.
Định luật nói: "Năng lượng được hấp thụ hoặc phát ra trong một quá trình hóa học trong đó các chất phản ứng được chuyển hóa thành sản phẩm là như nhau cho dù nó được thực hiện trong một giai đoạn hay một số".
Bài tập 2
Quá trình cộng hydro vào axetylen để tạo thành etan có thể được thực hiện trong một bước:
C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311,42 KJ / mol
Hoặc nó cũng có thể xảy ra trong hai giai đoạn:
C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 KJ / mol
H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 KJ / mol
Cộng cả hai phương trình theo phương trình đại số, chúng ta có:
C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 KJ / mol
H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 KJ / mol
C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311,42 KJ / mol
Bài tập 3
(Lấy từ quimitube.com. Bài tập 26. Định luật Hess Nhiệt động lực học)
Có thể thấy trong phần phát biểu của bài toán chỉ xuất hiện một số dữ kiện số mà không xuất hiện các phản ứng hóa học, do đó cần phải viết chúng.
CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.
Giá trị của entanpi âm được viết bởi vì bài toán nói rằng có sự giải phóng năng lượng. Chúng ta cũng phải xem xét rằng chúng là 10 gam etanol, do đó chúng ta phải tính năng lượng cho mỗi mol etanol. Đối với điều này, những điều sau được thực hiện:
Khối lượng mol của etanol cần tìm (tổng khối lượng nguyên tử), giá trị bằng 46 g / mol.
ΔH1 = -300 KJ (46 g) etanol = - 1380 KJ / mol
10 g etanol 1mol etanol
Điều tương tự cũng được thực hiện đối với axit axetic:
CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH2 = -840 KJ / mol
ΔH2 = -140 KJ (60 g axit axetic) = - 840 KJ / mol
10 g axit axetic 1 mol axit axetic.
Trong các phản ứng trước mô tả sự cháy của etanol và axit axetic, do đó cần viết công thức bài toán, đó là sự oxi hóa etanol thành axit axetic có tạo ra nước.
Đây là phản ứng mà bài toán yêu cầu. Nó đã được cân bằng.
CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 =?
Ứng dụng luật Hess
Đối với điều này, chúng tôi nhân các phương trình nhiệt động lực học với các hệ số để làm cho chúng đại số và có thể tổ chức chính xác mỗi phương trình. Điều này được thực hiện khi một hoặc nhiều chất phản ứng không nằm ở phía tương ứng của phương trình.
Phương trình đầu tiên vẫn giữ nguyên vì etanol ở bên chất phản ứng như được chỉ ra trong phương trình bài toán.
Phương trình thứ hai phải được nhân với hệ số -1 sao cho axit axetic là chất phản ứng có thể trở thành sản phẩm
CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.
- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)
CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2
-2H2O
Họ cộng đại số và đây là kết quả: phương trình được yêu cầu trong bài toán.
CH3CH3OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l)
Xác định entanpi của phản ứng.
Tương tự như mỗi phản ứng được nhân với hệ số, giá trị của các entanpi cũng phải được nhân
ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)
ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol
ΔH3 = - 540 KJ / mol.
Ở bài tập trước, etanol có hai phản ứng là cháy và oxi hóa.
Trong mọi phản ứng đốt cháy có sự tạo thành CO2 và H2O, trong khi trong quá trình oxy hóa rượu chính như etanol có sự hình thành axit axetic
Người giới thiệu
- Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Hóa học nói chung. Tài liệu giảng dạy. Lima: Giáo hoàng Đại học Công giáo Peru.
- Hóa học. Libretexts. Nhiệt hóa học. Lấy từ hem.libretexts.org.
- Levine, I. Hóa lý. quyển 2.