Μάθημα 81 από 102

Υπολογισμός μεταβολής ενθαλπίας

Υπολογίζεις τη μεταβολή ενθαλπίας από ενθαλπίες σχηματισμού ή από κατάλληλο αλγεβρικό συνδυασμό θερμοχημικών εξισώσεων.

Πηγή: Σχολικό βιβλίο, σελ. PDF 62 έως 63 και 69 έως 72, σελ. βιβλίου 61 έως 62 και 68 έως 71
Αναγνωριστικό πηγής
itye.textbooks:8547/2550
Θέση στην πηγή
PDF pp. 62 to 63 and 69 to 72, printed pp. 61 to 62 and 68 to 71
Οι αποθηκευμένες σουΣύνδεση

Οι αποθηκευμένες σελίδες μένουν σε αυτή τη συσκευή. Συνδέσου για να τις βρεις σε άλλη συσκευή.

Με μια ματιά

Για την αντίδραση όπως γράφεται, υπολογίζεις τη μεταβολή ενθαλπίας από τη σχέση ΔH=Hπροι¨οˊντων−Hαντιδρωˊντων\deltaH=H_{\text{προϊόντων}}-H_{\text{αντιδρώντων}}. Με πρότυπες ενθαλπίες σχηματισμού, πολλαπλασιάζεις κάθε τιμή με τον στοιχειομετρικό συντελεστή και θεωρείς μηδενική την τιμή κάθε στοιχείου στην πιο σταθερή μορφή του. Με τον νόμο του Hess, προσαρμόζεις και προσθέτεις θερμοχημικές εξισώσεις και τις μεταβολές ενθαλπίας τους, διατηρώντας φυσικές καταστάσεις, συνθήκες και μονάδες, ώσπου να προκύψει ακριβώς η ζητούμενη αντίδραση. Από το αρνητικό ή θετικό πρόσημο χαρακτηρίζεις την αντίδραση εξώθερμη ή ενδόθερμη, αντίστοιχα.

Κανόνες υπολογισμού

Για αντίδραση όπως γράφεται, αφαιρείς την ενθαλπία των αντιδρώντων από την ενθαλπία των προϊόντων.

ΔH=Hπροι¨οˊντων−Hαντιδρωˊντων\deltaH=H_{\text{προϊόντων}}-H_{\text{αντιδρώντων}}

Όταν σου δίνονται πρότυπες ενθαλπίες σχηματισμού, πολλαπλασιάζεις κάθε τιμή με τον στοιχειομετρικό συντελεστή της ουσίας. Έπειτα αφαιρείς το άθροισμα των αντιδρώντων από το άθροισμα των προϊόντων.

ΔH∘=∑νΔHf, προι¨οˊντων∘−∑νΔHf, αντιδρωˊντων∘\deltaH^\circ=\sum \nu\deltaH_{\mathrm f,\ προϊόντων}^\circ-\sum \nu\deltaH_{\mathrm f,\ αντιδρώντων}^\circ

Θεωρείς ίση με 0 την πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού κάθε στοιχείου στην πιο σταθερή μορφή του. Όταν πολλαπλασιάζεις όλους τους συντελεστές μιας θερμοχημικής εξίσωσης με τον ίδιο παράγοντα, πολλαπλασιάζεις και τη μεταβολή ενθαλπίας με αυτόν τον παράγοντα. Όταν αντιστρέφεις την εξίσωση, αλλάζεις το πρόσημο της μεταβολής ενθαλπίας. Για υπολογισμό με τον νόμο του Hess, προσαρμόζεις τις επιμέρους θερμοχημικές εξισώσεις. Τις προσθέτεις ώστε να απαλείφονται οι ενδιάμεσες ουσίες και να προκύπτει ακριβώς η ζητούμενη αντίδραση. Προσθέτεις αλγεβρικά και τις αντίστοιχες μεταβολές ενθαλπίας. Σε κάθε στάδιο κρατάς τους συντελεστές, τις φυσικές καταστάσεις, τις συνθήκες και τις μονάδες. Δεν απαλείφεις ίδιους χημικούς τύπους όταν έχουν διαφορετική φυσική κατάσταση. Από το τελικό πρόσημο αναγνωρίζεις αν η αντίδραση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη. Αρνητική μεταβολή ενθαλπίας δηλώνει εξώθερμη αντίδραση, ενώ θετική μεταβολή ενθαλπίας δηλώνει ενδόθερμη αντίδραση.

Υπολογισμός από ενθαλπίες σχηματισμού

Εξετάζεις υποθετικά αριθμητικά δεδομένα πρότυπων ενθαλπιών σχηματισμού για την αντίδραση

N2(g)+3 H2(g)⟶2 NH3(g)\chem{N_2}\state{g} + 3\,\chem{H_2}\state{g} \rxn 2\,\chem{NH_3}\state{g}

με

ΔHf∘(NH3(g))=−46.0 kJ mol−1\deltaH_{\mathrm f}^\circ\left(\chem{NH_3}\state{g}\right)=-46.0\ \unit{kJ\,mol^{-1}}

και μηδενικές τιμές για τα 2 στοιχεία στην πρότυπη κατάστασή τους. Υπολογίζεις την πρότυπη μεταβολή ενθαλπίας της αντίδρασης και τη μεταβολή ενθαλπίας όταν αντιδρούν 0,50 mol αζώτου.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

  1. Δείξε το βήμα 1

    Πολλαπλασιάζεις την τιμή σχηματισμού της αμμωνίας με τον συντελεστή 2 και βρίσκεις το άθροισμα των προϊόντων.

    2(−46.0)=−92.0 kJ mol−12\left(-46.0\right)=-92.0\ \unit{kJ\,mol^{-1}}
  2. Δείξε το βήμα 2

    Πολλαπλασιάζεις τις μηδενικές τιμές των στοιχείων με τους συντελεστές τους και βρίσκεις άθροισμα αντιδρώντων 0.

  3. Δείξε το βήμα 3

    Αφαιρείς το άθροισμα των αντιδρώντων από το άθροισμα των προϊόντων και βρίσκεις

    ΔH∘=−92.0 kJ mol−1\deltaH^\circ=-92.0\ \unit{kJ\,mol^{-1}}

    για την αντίδραση όπως γράφεται.

  4. Δείξε το βήμα 4

    Επειδή ο συντελεστής του αζώτου είναι 1, τα 0,50 mol αζώτου αντιστοιχούν σε έκταση αντίδρασης 0,50 mol. Πολλαπλασιάζεις αυτή την έκταση με τη μεταβολή -92,0 kJ ανά mol αντίδρασης.

    ΔH=0.50(−92.0)=−46.0 kJ\deltaH=0.50\left(-92.0\right)=-46.0\ \unit{kJ}
  5. Δείξε το βήμα 5

    Ελέγχεις το αρνητικό πρόσημο και χαρακτηρίζεις την αντίδραση εξώθερμη.

Υπολογισμός με τον νόμο του Hess

Εξετάζεις δύο θερμοχημικές εξισώσεις με υποθετικά αριθμητικά δεδομένα μεταβολής ενθαλπίας στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας:

H2(g)+12O2(g)⟶H2O(l)\chem{H_2}\state{g} + \frac{1}{2}\chem{O_2}\state{g} \rxn \chem{H_2O}\state{l}
ΔH1=−286 kJ\deltaH_1=-286\ \unit{kJ}
H2O2(l)⟶H2O(l)+12O2(g)\chem{H_2O_2}\state{l} \rxn \chem{H_2O}\state{l} + \frac{1}{2}\chem{O_2}\state{g}
ΔH2=−98 kJ\deltaH_2=-98\ \unit{kJ}

Υπολογίζεις τη μεταβολή ενθαλπίας για τη ζητούμενη αντίδραση

H2(g)+O2(g)⟶H2O2(l)\chem{H_2}\state{g} + \chem{O_2}\state{g} \rxn \chem{H_2O_2}\state{l}

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

  1. Δείξε το βήμα 1

    Αντιστρέφεις τη 2η εξίσωση ώστε το υπεροξείδιο του υδρογόνου να βρίσκεται στα προϊόντα και αλλάζεις το πρόσημο.

    H2O(l)+12O2(g)⟶H2O2(l)\chem{H_2O}\state{l} + \frac{1}{2}\chem{O_2}\state{g} \rxn \chem{H_2O_2}\state{l}
    ΔH2′=+98 kJ\deltaH_2'=+98\ \unit{kJ}
  2. Δείξε το βήμα 2

    Προσθέτεις τις 2 προσαρμοσμένες εξισώσεις και απαλείφεις το υγρό νερό, οπότε προκύπτει ακριβώς η ζητούμενη αντίδραση.

  3. Δείξε το βήμα 3

    Προσθέτεις αλγεβρικά τις μεταβολές ενθαλπίας και βρίσκεις

    ΔH=−286+98=−188 kJ\deltaH=-286+98=-188\ \unit{kJ}
  4. Δείξε το βήμα 4

    Ελέγχεις το αρνητικό πρόσημο και χαρακτηρίζεις τη ζητούμενη αντίδραση εξώθερμη.

Υπολόγισε το ΔH με τον νόμο του Hess από 2 θερμοχημικές εξισώσεις
Φορτώνει το διαδραστικό.

Συνηθισμένα λάθη

  • Αν αφαιρέσεις το άθροισμα των προϊόντων από εκείνο των αντιδρώντων, παίρνεις αντίθετο πρόσημο. Αφαιρείς πάντα το άθροισμα των αντιδρώντων από εκείνο των προϊόντων.
  • Αν παραλείψεις στοιχειομετρικούς συντελεστές, το άθροισμα σχηματισμού είναι λανθασμένο. Πολλαπλασιάζεις κάθε πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού με τον αντίστοιχο συντελεστή.
  • Αν αντιστρέψεις θερμοχημική εξίσωση, η μεταβολή ενθαλπίας αλλάζει πρόσημο. Γράφεις το αντίθετο πρόσημο στη νέα εξίσωση.
  • Αν πολλαπλασιάσεις μια εξίσωση με παράγοντα, πολλαπλασιάζεις και τη μεταβολή ενθαλπίας με τον ίδιο παράγοντα.
  • Ουσίες με ίδιο χημικό τύπο αλλά διαφορετική φυσική κατάσταση δεν απαλείφονται. Ελέγχεις και την κατάσταση πριν από κάθε απαλοιφή.
  • Η απαλοιφή ενδιαμέσων δεν αρκεί από μόνη της. Συγκρίνεις την τελική εξίσωση με τη ζητούμενη, μαζί με τους συντελεστές και τις φυσικές καταστάσεις.

Έλεγχοι

  • Ελέγχεις ότι αφαιρείς την ενθαλπία των αντιδρώντων από την ενθαλπία των προϊόντων.

  • Ελέγχεις ότι εφαρμόζεις τους στοιχειομετρικούς συντελεστές πριν από την αφαίρεση των αθροισμάτων.

  • Ελέγχεις ότι εφαρμόζεις τον ίδιο παράγοντα στην εξίσωση και στη μεταβολή ενθαλπίας.

  • Ελέγχεις ότι η αντιστροφή της αντίδρασης αντιστρέφει το πρόσημο.

  • Ελέγχεις ότι προσθέτεις τις μεταβολές ενθαλπίας των προσαρμοσμένων εξισώσεων.

  • Ελέγχεις ότι χρησιμοποιείς σχηματισμό 1 mol ένωσης στην πρότυπη κατάστασή της από στοιχεία στις πρότυπες καταστάσεις τους και μηδενική τιμή για στοιχείο στην πιο σταθερή μορφή του.

  • Ελέγχεις συντελεστές, φυσικές καταστάσεις, συνθήκες και μεταβολή ενθαλπίας για την ακριβή αντίδραση.

  • Ελέγχεις ότι οι ενδιάμεσες ουσίες απαλείφονται και ότι η τελική εξίσωση αναπαράγει ακριβώς τη ζητούμενη αντίδραση.

  • Ελέγχεις ότι το αρνητικό πρόσημο δηλώνει εξώθερμη αντίδραση και το θετικό πρόσημο ενδόθερμη αντίδραση.

  • Με υποθετική πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού της αέριας αμμωνίας ίση με -46,0 kJ ανά mol, ελέγχεις ότι η αντίδραση αέριου αζώτου με αέριο υδρογόνο προς 2 mol αέριας αμμωνίας έχει πρότυπη μεταβολή ενθαλπίας -92,0 kJ ανά mol αντίδρασης.

  • Για την ίδια υποθετική αντίδραση αέριου αζώτου με αέριο υδρογόνο προς αέρια αμμωνία, πολλαπλασιάζεις τη μεταβολή -92,0 kJ ανά mol αντίδρασης με έκταση αντίδρασης 0,50 mol και ελέγχεις την τιμή -46,0 kJ.

  • Για υποθετικά δεδομένα στην ίδια πίεση και θερμοκρασία, συνδυάζεις τη μεταβολή -286 kJ για υδρογόνο και μισό οξυγόνο προς υγρό νερό με την αντίστροφη της μεταβολής -98 kJ για υγρό υπεροξείδιο του υδρογόνου προς υγρό νερό και μισό οξυγόνο. Ελέγχεις -188 kJ για υδρογόνο και οξυγόνο προς υγρό υπεροξείδιο του υδρογόνου.

Φορτώνεται η αποθηκευμένη πρόοδός σου.

Η πρόοδός σου

Κατακτάς την ενότητα με τουλάχιστον 3 σωστές λύσεις και βαθμό τουλάχιστον 70%. Η ανάγνωση καταγράφει μόνο πότε την είδες.