Hoe de enthalpie van een chemische reactie te berekenen

Tijdens elke chemische reactie kan warmte worden opgenomen uit de omgeving of erin wordt vrijgegeven. De warmte-uitwisseling tussen een chemische reactie en de omgeving ervan staat bekend als de enthalpie van de reactie, of H. H kan echter niet direct worden gemeten - in plaats daarvan gebruiken wetenschappers de verandering in de temperatuur van een reactie in de tijd om de verandering in enthalpie in de tijd (aangeduid als Δh). Met δh kan een wetenschapper bepalen of een reactie warmte geeft (of "is exotermisch") of neemt warmte (of "is endothermisch"). Over het algemeen, ΔH = m X s x Δt, waarbij m de massa van de reactanten is, is S de specifieke warmte van het product, en ΔT is de verandering in temperatuur van de reactie.

Stappen

Methode 1 van 3:
Enthalpy-problemen oplossen
  1. Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 1
1. Bepaal de producten en reactanten van uw reactie. Elke chemische reactie omvat twee categorieën chemicaliën - producten en reactanten. Producten zijn de chemicaliën gemaakt door de reactie, terwijl reagentia de chemicaliën zijn die communiceren, combineren of afbreken om het product te maken. Met andere woorden, de reactanten van een reactie zijn als de ingrediënten in een recept, terwijl de producten zijn als het afgewerkte gerecht. Om Δh te vinden voor een reactie, identificeer eerst haar producten en reactanten.
  • Laten we zeggen dat we de enthalpie van reactie voor de vorming van water uit waterstof en zuurstof willen vinden: 2h2 (Waterstof) + O2 (Zuurstof) → 2h2O (water). In deze vergelijking, H2 en O2 zijn de reactanten en H2O is het product.
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 2
    2. Bepaal de totale massa van de reactanten. Zoek vervolgens de massa`s van uw reactanten. Als je hun massa`s niet kent en niet in staat bent om de reagentia in een wetenschappelijk evenwicht te wegen, kun je hun molaire massa`s gebruiken om hun werkelijke massa`s te vinden. Molaire massa`s zijn constanten die te vinden zijn op standaard periodieke tabellen (voor individuele elementen) en in andere middelen van de chemie (voor moleculen en verbindingen). Vermenigvuldig de molaire massa van elke reactant vermenigvuldigd door het aantal mol dat wordt gebruikt om de massa`s van de reactanten te vinden.
  • In ons watervoorbeeld, onze reactanten zijn waterstof- en zuurstofgassen, die molaire massa`s van respectievelijk 2G en 32 g hebben. Sinds we 2 mol waterstof hebben gebruikt (aangegeven door de "2" coëfficiënt in de vergelijking naast H2) en 1 mol zuurstof (betekenigd door geen coëfficiënt naast O2), We kunnen de totale massa van de reactanten als volgt berekenen:
    2 × (2G) + 1 × (32g) = 4G + 32G = 36 g
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 3
    3. Zoek de specifieke warmte van uw product. Zoek vervolgens de specifieke warmte van het product dat u analyseert. Elk element of molecuul heeft een specifieke warmtewaarde die ermee is gekoppeld: deze waarden zijn constanten en bevinden zich meestal in chemie-bronnen (zoals bijvoorbeeld in tabellen aan de achterkant van een tekstboek van een chemie). Er zijn verschillende manieren om specifieke warmte te meten, maar voor onze formule gebruiken we waarde gemeten in de eenheden Joule / Gram ° C.
  • Merk op dat als uw vergelijking meerdere producten heeft, u moet de enthalpy-berekening uitvoeren voor de componentreactie die wordt gebruikt om elk product te produceren, voeg ze vervolgens bij elkaar toe om de enthalpie voor de gehele reactie te vinden.
  • In ons voorbeeld is het eindproduct water, dat een specifieke warmte van ongeveer heeft 4.2 Joule / Gram ° C.
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 4
    4. Zoek het verschil in temperatuur na de reactie. Vervolgens vinden we Δt, de temperatuurverandering van vóór de reactie op na de reactie. Trek de initiële temperatuur (of T1) van de reactie af van de uiteindelijke temperatuur (of T2) om deze waarde te berekenen. Zoals in de meeste chemiewerkzaamheden moeten Kelvin (K) temperaturen hier worden gebruikt (hoewel Celsius (C) dezelfde resultaten zal geven).
  • Laten we voor ons voorbeeld zeggen dat onze reactie was 185k aan het begin maar was gekoeld tot 95K tegen de tijd dat het klaar was. In dit geval zou AT als volgt worden berekend:
    Δt = t2 - T1 = 95K - 185K = -90k
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 5
    5. Gebruik de formule ΔH = m X s x Δt om op te lossen. Zodra u M hebt, de massa van uw reactanten, S, de specifieke warmte van uw product en ΔT, verandert de temperatuur van uw reactie, u bent bereid om de enthalpie van de reactie te vinden. Steek eenvoudig uw waarden in de formule ΔH = m X s x Δt en vermenigvuldig om op te lossen. Je antwoord zal in de eenheid van Energy Joules (J) zijn.
  • Voor ons voorbeeldprobleem zouden we de enthalpie van de reactie als volgt vinden:
    ΔH = (36g) × (4.2 JK-1 G-1) × (-90k) =-13.608 J
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 6
    6. Bepaal of uw reactie-winst of verliest energie. Een van de meest voorkomende redenen dat ΔH wordt berekend voor verschillende reacties is om te bepalen of de reactie exotherm is (verliest energie en afgeeft warmte) of endotherm (winst energie en absorbeert warmte). Als het teken van uw laatste antwoord voor Δh positief is, is de reactie endothermisch. Aan de andere kant, als het teken negatief is, is de reactie exothermisch. Hoe groter het nummer zelf is, hoe meer exo- of endo-thermic de reactie is. Pas op sterke exotherme reacties - deze kunnen soms een grote vrijgave van energie betekenen, die, indien snel genoeg, een explosie kan veroorzaken.
  • In ons voorbeeld is ons laatste antwoord -13608 J. Omdat het teken negatief is, weten we dat onze reactie is exotermisch. Dit is logisch - H2 en o2 zijn gassen, terwijl h2O, het product, is een vloeistof. De hete gassen (in de vorm van stoom) moeten energie vrijgeven in de omgeving in de vorm van warmte om af te koelen tot het punt dat ze vloeibaar water kunnen vormen, wat betekent dat de vorming van H2O is exotherm.
    • Methode 2 van 3:
    Het schatten van enthalpie
    1. Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 7
    1. Gebruik Bond Energies om enthalpie te schatten. Bijna alle chemische reacties omvatten het vormen of breken van obligaties tussen atomen. Sindsdien, in een chemische reactie, kan energie niet worden vernietigd of gecreëerd, als we weten dat de energie die nodig is om de obligaties (of gebroken) in de reactie te vormen of te breken, kunnen we de enthalpy-verandering voor de gehele reactie met hoge nauwkeurigheid schatten Door deze obligatie-energieën toe te voegen.
    • Laten we bijvoorbeeld de reactie h overigen2 + V2 → 2HF. In dit geval, de energie die nodig is om de H-atomen in de H te doorbreken2 Molecuul apart is 436 kj / mol, terwijl de energie vereist is voor f2 is 158 KJ / MOL. Ten slotte, de energie die nodig is om HFFROM H en F te vormen = -568 KJ / MOL. We vermenigvuldigen dit met 2 omdat het product in de vergelijking is 2HF, Geef ons 2 × -568 = -1136 KJ / MOL. Deze alles toevoegen, krijgen we:
      436 + 158 + -1136 = -542 KJ / MOL.
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 8
    2. Gebruik enthalpies van formatie om enthalpie te schatten. Enthalpies van formatie zijn ingestelde ΔH-waarden die de enthalpie-wijzigingen vertegenwoordigen van reacties die worden gebruikt om gegeven chemicaliën te creëren. Als u weet dat de enthalhapie van formatie vereist is om producten en reactanten in een vergelijking te maken, kunt u ze toevoegen om de enthalpie te schatten zoals u met Bond-energieën zou zijn zoals hierboven beschreven.
  • Laten we bijvoorbeeld de reactie c beschouwen2H5Oh + 3o2 → 2CO2 + 3H2O. In dit geval kennen we de enthalhapies van de vorming voor de volgende reacties:
    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
    Omdat we deze vergelijkingen kunnen toevoegen aan GETC2H5Oh + 3o2 → 2CO2 + 3H2O, de reactie die we proberen de enthalpie voor te vinden, kunnen we eenvoudig de enthalhapie van de bovenstaande formatiereacties toevoegen om de enthalpie van deze reactie als volgt te vinden:
    228 + -788 + -858 = -1418 KJ / MOL.
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 9
    3. Vergeet niet om tekens te schakelen bij het omkeren van vergelijkingen. Het is belangrijk om op te merken dat wanneer u enthalapeten van formatie gebruikt om de enthalpie van een reactie te berekenen, moet u het teken van de enthalpie van de formatie omkeren wanneer u de vergelijking van de componentreactie omdraait. Met andere woorden, als u een of meer van uw formatiereactievergelijkingen achterwaarts moet draaien om al uw producten en reagentia te krijgen om het juiste te annuleren, keert u het bord om de enthalhpes van de formatiereacties die u moest omdraaien om te draaien.
  • Merk in het bovenstaande voorbeeld op dat de formatie-reactie die we gebruiken voor C2H5Oh is achteruit. C2H5Oh → 2c + 3h2 + 0.5O2 toont c2H5Oh afbreken, niet gevormd. Omdat we de vergelijking hebben omgezet om alle producten en reagentia te krijgen om op de juiste manier te annuleren, keren we het bord op de enthalpie van formatie om ons 228 KJ / MOL te geven. In werkelijkheid, de enthalpie van de vorming voor C2H5Oh is -228 KJ / MOL.
    • Methode 3 van 3:
    Observeren van enthalpy veranderingen experimenteel
    1. Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 10
    1. Grijp een schone container en vul het met water. Het is gemakkelijk om de principes van enthalpie in actie te zien met een eenvoudig experiment. Om ervoor te zorgen dat de reactie in uw experiment zal plaatsvinden zonder enige buitenlandse contaminatie, reinigt en steriliseer de container die u wilt gebruiken. Wetenschappers gebruiken speciale gesloten containers die Calorimeters worden genoemd om enthalpie te meten, maar u kunt redelijke resultaten bereiken met een kleine glazen pot of een fles. Ongeacht de container die u gebruikt, vul het met schoon, kamertemperatuurkraanwater. Je wilt ook de reactie ergens binnenshuis met een koele temperatuur uitvoeren.
    • Voor dit experiment wil je een vrij kleine container. We zullen de enthalpie-veranderende effecten van Alka-Seltzer op water testen, dus het minder gebruikte water, hoe duidelijker de temperatuurverandering zal zijn.
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 11
    2. Steek een thermometer in de container. Grijp een thermometer en zet het in de container, zodat het einde van de temperatuurregelen onder het waterniveau zit. Neem een ​​temperatuurlezing van het water - voor onze doeleinden zal de temperatuur van het water T1 vertegenwoordigen, de initiële temperatuur van de reactie.
  • Laten we zeggen dat we de temperatuur van het water meten en vinden dat het precies 10 graden C is. In een paar stappen gebruiken we deze monstertemperatuur lezen om de opdrachtgevers van enthalpie te demonstreren.
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 12
    3. Voeg een Alka-Seltzer-tablet toe aan de container. Wanneer u klaar bent om het experiment te starten, laat u een enkele Alka-Seltzer-tablet in het water vallen. Je moet merken dat het meteen begint met bubble en fizz. Naarmate de tablet in het water oplost, breekt het in de chemicaliën Bicarbonaat (HCO3) en citroenzuur (dat reageert in de vorm van waterstofionen, H). Deze chemicaliën reageren op water en kooldioxidegas in de reactie 3HCO3 + 3H → 3h2O + 3CO2.
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 13
    4. Meet de temperatuur wanneer de reactie is voltooid. Monitor de reactie terwijl het doorgaat - de Alka-Seltzer-tablet moet geleidelijk oplossen. Zodra de tablet zijn reactie beëindigt (of lijkt te zijn vertraagd naar een crawl), meet de temperatuur opnieuw. Het water moet iets kouder zijn dan voorheen. Als het warmer is, kan het experiment zijn beïnvloed door een externe kracht (zoals bijvoorbeeld, als de kamer waarin u zich bevindt, vooral warm is).
  • Voor ons voorbeeld-experiment, laten we zeggen dat de temperatuur van het water 8 graden C is nadat de tablet klaar is met fizzing.
  • Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 14
    5. Schat de enthalpie van de reactie. In een ideaal experiment, wanneer u de Alka-Seltzer-tablet aan het water toevoegt, vormt het water en koolstofdioxidegas (waarvan de laatste kan worden waargenomen als bruisende bubbels) en veroorzaakt de temperatuur van het water om te laten vallen. Uit deze informatie zouden we verwachten dat de reactie endotherm is - dat wil zeggen, een die energie absorbeert uit de omringende omgeving. De opgeloste vloeibare reactanten hebben extra energie nodig om de sprong naar het gasvormige product te maken, dus het kost energie in de vorm van warmte uit de omgeving (in dit geval, water). Dit maakt de temperatuur van het water.
  • In ons voorbeeldexperiment viel de temperatuur van het water twee graden na het toevoegen van de ALKA-SELTZER. Dit is consistent met het soort mild endotherme reactie dat we zouden verwachten.

    • Tips

    Deze berekeningen worden gedaan met behulp van Kelvin (K) - een schaal voor temperatuurmeting, net als Celsius. Om te converteren tussen de Celsius en de Kelvin, voegt u eenvoudig 273 graden toe of afteken u 273 graden: K = ° C + 273.
    Deel in het sociale netwerk:
    Vergelijkbaar