Ինչպես հաշվարկել ձևավորման ստանդարտ էթալպիան: Թերմոդինամիկայի հիմունքները լուծումներով բաժնի առաջադրանքները: Փորձի ընթացքում էնթալպիայի դիտարկումը

Օրինակ 1. Նյութերի առաջացման էթալպիաների և քիմիական պրոցեսների ջերմային ազդեցությունների հաշվարկ.

1. Գազային օզոնի առաջացման ստանդարտ էթալպիան 142,3 կՋ/մոլ է։ Նշեք, թե հետևյալ ռեակցիաներից որում ջերմային ազդեցությունը ΔH 0 arr կհամապատասխանի O 3 (g) ձևավորման ստանդարտ էթալպիային.

ա) 3O (g) \u003d O 3 (g); բ) 1.5O 2 (g) \u003d O 3 (g); գ) O 2 (g) + O (g) \u003d O 3 (g); դ) 2O 2 (գ) \u003d O (գ) + O 3 (գ):

Գրեք այս գործընթացի ջերմաքիմիական հավասարումը:

Լուծում. Ըստ սահմանման, ΔH 0-ը ցույց է տալիս 1 մոլ նյութի O 3 (գ) առաջացման ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը պարզ նյութերից ուղղակի սինթեզի միջոցով, որոնք կայուն են 298K-ում և 101կՊա ճնշման տակ: դ) դեպքը չի համապատասխանում այս սահմանմանը, քանի որ չի համապատասխանում սինթեզի ռեակցիային։ Գ) դեպքը չի համապատասխանում ստանդարտ պայմանների պահանջներին, քանի որ 298 Կ և 101 կՊա ճնշման դեպքում թթվածինը չի կարող լինել հեղուկ վիճակում։ Ա) դեպքը նույնպես պետք է բացառվի, քանի որ ատոմային թթվածին O(g) պարզ թթվածնային նյութի գոյության կայուն ձև չէ: Այսպիսով, միայն բ) ռեակցիան համապատասխանում է սահմանման պահանջներին։ Ջերմաքիմիական հավասարումը կունենա հետևյալ տեսքը.

O 2 (g) + ½O 2 (g) \u003d O 3 (g); ΔH 0 arr [O 3 (g)] = 142,3 կՋ / մոլ:

Պատասխանելխնդրի պայմանները համապատասխանում են բ հավասարմանը. ΔH 0 arr [O 3 (g)] = 142,3 կՋ / մոլ:

2. 8 գ կշռող կալցիումի այրման ժամանակ արձակված էներգիայի քանակը կազմել է 127 կՋ։ Գրի՛ր այս ռեակցիայի ջերմաքիմիական հավասարումը:

Լուծում. Եկեք նախ կազմենք թթվածնի մեջ մետաղի այրման ռեակցիայի քիմիական հավասարումը. 2Са + О 2 = 2СаО: Ջերմաքիմիական հավասարումը տարբերվում է քիմիականից նրանով, որ այն ցույց է տալիս ռեակտիվների և արտադրանքների ագրեգատային վիճակները, ինչպես նաև գործընթացի ջերմային ազդեցությունը։ Հետևաբար, մեր դեպքը կհամապատասխանի հետևյալ ձևի ջերմաքիմիական հավասարմանը.

2Ca(t) + O 2 (g) = 2CaO(t), ΔH = XկՋ.

Այս հավասարման մեջ ցանկալի ջերմային ազդեցությունը համապատասխանում է 2 մոլ կալցիումի։

Իսկ ըստ խնդրի պայմանի՝ ռեակցիայի մեջ է մտել 8 գ կալցիում, որը համապատասխանում է n Ca = m(Ca)/M(Ca) նյութի քանակին; nCa \u003d 8 գ / 40 գ / մոլ \u003d 0,2 մոլ: Մենք հաշվարկում ենք էներգիայի քանակությունը, որը կթողարկվի 2 մոլ կալցիումի այրման ժամանակ՝ օգտագործելով համամասնությունը՝ 0,2 մոլ Ca - -127 կՋ։

2 մոլ Ca - XկՋ X\u003d 2 մոլ (-127 կՋ) / 0,2 մոլ \u003d -1270 կՋ:

Այսպիսով, 2 մոլ մետաղական կալցիումի այրման ժամանակ արտազատվում է 1270 կՋ էներգիա։

Պատասխանել 2Ca(t) + O 2 (g) = 2CaO(t), ΔH = –1270 կՋ:

3. Հաշվեք բենզոլի C 6 H 6 (լ) ձևավորման ստանդարտ էթալպիան, եթե ջրածնի, ածխածնի և բենզոլի այրման էթալպիաները համապատասխանաբար հավասար են (կՋ / մոլ).

285,84; -393,51; -3267,70.

Լուծում. Գրենք ռեակցիայի հավասարումը, որի ջերմային ազդեցությունը պետք է որոշվի։ Պարզ նյութերից բենզոլի առաջացումը կարելի է ներկայացնել հետևյալ ջերմաքիմիական հավասարմամբ.

6C (t) + 3H 2 (գ) \u003d C 6 H 6 (գ), ΔH 0 arr [C 6 H 6 (գ)] = XկՋ/մոլ .

Բենզոլի առաջացման էթալպիան որոշելու համար մենք կազմում ենք Հեսսի ցիկլը՝ օգտագործելով հետևյալ խնդիրները.

H 2 (g) + ½O 2 (g) \u003d H 2 O (g), ΔH 0 1 \u003d -285,84 կՋ / մոլ; (մեկ)

C (t) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g), ΔH 0 2 \u003d -393,51 կՋ / մոլ; (2)

C 6 H 6 (l) + 15 / 2O 2 (գ) \u003d 6CO 2 (գ) + 3H 2 O (l), ΔH 0 3 \u003d -3267,70 կՋ / մոլ: (3)

Պարզ նյութերից բենզոլի առաջացման համար ցանկալի հավասարումը ստանալու համար բավական է Հեսսի ցիկլում ավելացնել (1) և (2) հավասարումները՝ դրանք բազմապատկելով համապատասխան 3 և 6 գործակիցներով և հանել (3) հավասարումը։ :

3H 2 (g) + 3 / 2O 2 (g) + 6C (t) + 6O 2 (g) -C 6 H 6 (l) -15 / 2O 2 (գ) \u003d 3H 2 O (l) + 6CO 2 (գ) -6CO 2 (գ) -3H 2 O (գ):

Կրճատում ենք միատարր անդամները և հակառակ նշանով փոխանցում -C 6 H 6 (g) հավասարության աջ կողմ։ Մենք ստանում ենք ցանկալի հավասարումը. 6C (t) + 3H 2 (g) \u003d C 6 H 6 (g):

Նմանատիպ գործողություններ կանենք ջերմային էֆեկտներով.

ΔH 0 arr [C 6 H 6 (l)] = 3ΔH 0 1 + 6ΔH 0 2 - ΔH 0 3,

ΔH 0 arr [C 6 H 6 (l)] \u003d 3 (-285,84) կՋ / մոլ + 6 (-393,51) կՋ / մոլ - (-3267,70) կՋ / մոլ \u003d

(-857.52 -2361.06 + 3267.70) կՋ/մոլ = 49.12 կՋ/մոլ։

Պատասխանել: ΔH 0 arr [C 6 H 6 (գ)] = 49,12 կՋ/մոլ.

4. Օգտագործելով քիմիական պրոցեսի մասնակիցների ձևավորման ստանդարտ էնթալպիաների արժեքը՝ որոշեք արձակված էներգիայի քանակությունը, երբ 100 կգ կապարի երկօքսիդը ածխածնի երկօքսիդով վերածվում է օքսիդի՝ ածխածնի երկօքսիդի ձևավորմամբ:

Լուծում.Գրենք ջերմաքիմիական ռեակցիայի հավասարումը, որի ջերմային ազդեցությունը պետք է որոշվի.

PbO 2 (t) + CO (g) \u003d PbO (t) + CO 2 (գ), ΔH 0 \u003d XկՋ/մոլ.

Համաձայն Հեսսի օրենքի 3-րդ եզրակացության, գործընթացի ջերմային ազդեցությունը որոշվում է արտադրանքի և ռեակտիվների առաջացման էթալպիաների գումարների տարբերությամբ: Օգտագործելով Հավելվածի Աղյուսակ 1-ի տվյալները, մենք գտնում ենք ցանկալի էթալպիաների արժեքները (կՋ / մոլ).

ΔH 0 arr = -276,86; ΔH 0 arr = -110,50; ΔH 0 arr = - 217,86;

ΔH 0 arr = -393,51:

Եկեք կազմենք Հեսսի ցիկլը՝ ածխածնի երկօքսիդով կապարի երկօքսիդի կրճատման ջերմային ազդեցությունը հաշվարկելու համար.

ΔH 0 \u003d (ΔH 0 arr + ΔH 0 arr) - (ΔH 0 arr + ΔH 0 arr)

և, փոխարինելով հայտնի արժեքները, հաշվարկիր այն.

ΔH 0 \u003d [(- 217,86) կՋ / մոլ + (-393,51) կՋ / մոլ] - [(-276,86) կՋ / մոլ + (-110,50) կՋ / մոլ] \u003d -224, 01 կՋ/մոլ:

Հաշվարկները ցույց են տվել, որ 1 մոլ PbO 2-ի կրճատման ժամանակ 224,01 կՋ էներգիա է անջատվում։ Եկեք որոշենք, թե կապարի երկօքսիդի ինչ զանգված է համապատասխանում նյութի այս քանակին.

m (PbO 2) \u003d n M (PbO 2) \u003d 1 մոլ (207 + 2 16) գ / մոլ \u003d 239 գ:

Այժմ մենք հաշվարկում ենք էներգիայի քանակությունը, որը կթողարկվի 100 կգ PbO 2-ի այրման ժամանակ՝ օգտագործելով համամասնությունը.

239 10 -3 կգ - -224,01 կՋ

100 կգ - XկՋ, X= = -93728 կՋ:

Պատասխանել 100 կգ կապարի երկօքսիդի կրճատման ժամանակ արտազատվում է 93728 կՋ էներգիա։

5. C–H կապի էներգիան մեթանում 435 կՋ/մոլ է, C–Cl կապի էներգիան քլորմեթանում՝ 350 կՋ/մոլ։ Իմանալով, որ E Cl - Cl \u003d 240 կՋ / մոլ, և E H - Cl \u003d 430 կՋ / մոլ, հաշվարկեք ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը (ΔH 0)՝ CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl:

Լուծում. Քիմիական նյութերի առաջացման էթալպիաները կարող են հաշվարկվել կապի էներգիաներից, որոնք ձևավորվում են այդ նյութերում: Օրինակ, մեթանի մոլեկուլում ձևավորվում են 4 C–H կովալենտային կապեր, հետևաբար.

ΔH 0 arr (CH 4) \u003d 4, և ΔH 0 arr (CH 4) \u003d 4 435 կՋ / մոլ \u003d 1740 կՋ / մոլ: Մենք կիրականացնենք նմանատիպ հաշվարկներ բոլոր մյուս մոլեկուլների համար.

ΔH 0 arr (Cl 2) \u003d 3 [E Cl - Cl] \u003d 3 240 կՋ / մոլ \u003d 720 կՋ / մոլ (տե՛ս դատիվ կապի ձևավորման տեսությունը, Cl 2 մոլեկուլում՝ եռակի կապ );

ΔH 0 arr (HCl) = E H - Cl = 430 կՋ / մոլ;

ΔH 0 arr (CH 3 Cl) \u003d 3 + E C - Cl \u003d 3 435 կՋ / մոլ + 350 կՋ / մոլ \u003d 1655 կՋ / մոլ:

Այժմ, Հեսսի օրենքի 3-րդ հետևանքի համաձայն, մենք հաշվարկում ենք ցանկալի ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը. ΔH 0 \u003d [ΔH 0 arr (CH 3 Cl) + ΔH 0 arr (HCl)] - [ΔH 0 arr (CH 4) + ΔH 0 arr (Сl 2)] և

ΔH 0 \u003d (1655 + 430) - (1740 + 720) կՋ / մոլ \u003d -375 կՋ / մոլ:

ՊատասխանելՄեթանի քլորացման էկզոտերմիկ գործընթացի ջերմային ազդեցությունը քլորոմեթանի առաջացմամբ կազմում է ΔH 0 = -375 կՋ/մոլ:

Օրինակ 2. Ներքին էներգիայի և թերմոդինամիկական պրոցեսների էթալպիայի միջև կապի որոշում

1. Fe(t) + Cl 2 (g) = FeCl 2 (t) համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխությունը -334,0 կՋ է։ Որոշեք այս ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը ստանդարտ պայմաններում:

Լուծում. Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի համաձայն, քիմիական ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը ΔH T հաստատուն ջերմաստիճանում կապված է ΔU համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխության հետ ΔH T = ΔU ± RTΔn հավասարման միջոցով։ Այս հավասարման մեջ Δn նյութի քանակի փոփոխությունը որոշվում է միայն այն նյութերով, որոնք գտնվում են ամենաքիչ խտացված փուլում, մեր դեպքում՝ գազային փուլում։ Քանի որ ռեակցիայի արտադրանքներում գազային նյութեր չկան, ապա Δn \u003d 0 - 1 մոլ (Cl 2) \u003d -1 մոլ:

Ստանդարտ պայմաններում, T 0 \u003d 298 K, R \u003d 8,31 10 -3 կՋ / մոլ Կ: Այս և գտնված արժեքները փոխարինելով ΔH 0 T-ի հավասարման մեջ՝ մենք գտնում ենք ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը երկաթի (2) քլորիդի սինթեզի համար.

ΔH 0 x.r. \u003d -334 կՋ - (8,31 10 -3 կՋ / մոլ Կ) 298 K 1 մոլ \u003d -336,5 կՋ:

Պատասխանել: ΔH 0 x.r. = -336,5 կՋ։

2. Հաշվե՛ք ներքին էներգիայի փոփոխությունը եռման ջերմաստիճանում 50 գ էթանոլի գոլորշիացման ժամանակ, եթե դրա գոլորշիացման տեսակարար ջերմությունը 857,7 Ջ/գ է, իսկ եռման ջերմաստիճանում գոլորշու տեսակարար ծավալը 607 10 -3 լ/գ է։ Հեղուկի ծավալը կարելի է անտեսել:

Լուծում. Գոլորշիացման գործընթացը (հեղուկ նյութի անցումը գազային վիճակի) ֆիզիկական է, տեղի է ունենում մշտական ​​ճնշման և մշտական ​​ջերմաստիճանի դեպքում (եթե նյութը քիմիապես մաքուր է)։ Նման գործընթացի համար (որպես կանոն, տեղի է ունենում մշտական ​​ճնշման դեպքում) թերմոդինամիկական համակարգի ընդհանուր ΔH P-ի և թերմոդինամիկայի ներքին ΔU էներգիայի փոփոխության հարաբերությունը, ըստ թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի, ենթարկվում է ΔH P = ΔU հավասարմանը. ± PΔV. Քանի որ համակարգի ծավալն այս դեպքում մեծանում է, ΔV > 0, և հավասարումը պարզեցված է՝ ΔH P = ΔU + PΔV:

ΔV համակարգի ծավալի փոփոխությունը հավասար կլինի առաջացած գոլորշու ծավալին՝ հաշվի առնելով խնդրի պայմանները։ Եթե ​​գազային սպիրտի v տեսակարար ծավալը եռման կետում հավասար է 607·10 -3 լ/գ, ապա 50 գ սպիրտի գոլորշիացման ժամանակ ծավալի փոփոխությունը հեշտությամբ կարելի է հաշվարկել ΔV=v·m հավասարմամբ; ΔV \u003d 607 10 -3 (լ / գ) 50 (գ) \u003d 3035 10 -2 (լ) \u003d 30,35 լ:

Էնթալպիական էֆեկտը ΔH 0 փուլային անցման ժամանակ ստանդարտ պայմաններում որոշվում է ΔH 0 =L·m բանաձեւով, որտեղ L-ը գոլորշիացման հատուկ ջերմությունն է: Փոխարինելով արժեքները խնդրի վիճակից՝ մենք կկատարենք համապատասխան հաշվարկներ ΔH 0.

ΔH 0 \u003d 857,7 (J / գ) 50 (գ) \u003d 42885 J \u003d 42885 կՊա լ.

Փոխակերպելով ΔH 0-ի թերմոդինամիկական հավասարումը ΔU 0-ի նկատմամբ և լուծելով այն՝ ստանում ենք՝ ΔU 0 = ΔH 0 - PΔV; ΔU 0 = 42885kPa l - 101kPa 30.35l = 39820kPa l = 39820J = 39.82kJ:

Պատասխանելթերմոդինամիկական համակարգի ներքին էներգիան ավելացել է 39,82 կՋ-ով։

3 . Հաշվե՛ք ռեակցիոն համակարգի ջերմային էֆեկտը և փոփոխությունը երկաթի օքսիդը (2) ջրածնով, եթե հայտնի են հետևյալ ռեակցիաների ջերմային ազդեցությունները՝ FeO(t) + CO(g) = Fe(t): ) + CO 2 (գ), ΔH 1 = - 13,18 կՋ; (մեկ)

CO (g) + ½O 2 (g) \u003d CO 2 (g), ΔH 2 \u003d -283,00 կՋ; (2)

H 2 (g) + ½O 2 (g) \u003d H 2 O (g), ΔH 3 \u003d -241,83 կՋ (3):

Լուծում. Համաձայն Հեսսի օրենքի՝ ցանկալի ռեակցիայի հավասարումը ստանալու համար կարելի է թվաբանական գործողություններ կատարել խնդրի մեջ տրված հավասարումներով։ Նույնը կարելի է անել ջերմային էֆեկտների դեպքում։

Հետևաբար, հավասարումը ստանալու համար

FeO (t) + H 2 (g) \u003d Fe (t) + H 2 O (գ), ΔH \u003d XկՋ,

դուք պետք է գումարեք (1) և (3) հավասարումները և այս գումարից հանեք (2) հավասարումը: Նույն գործողությունը կատարում ենք ջերմային էֆեկտներով։ Այնուհետև երկաթի օքսիդի (2) վերականգնողական ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը ջրածնի հետ որոշվում է բանաձևով.

∆H = ∆H 1 + ∆H 3 - ∆H 2:

Հայտնի արժեքները փոխարինելով այս բանաձևով և կատարելով հաշվարկներ՝ ստանում ենք.

ΔH = - 13,18 կՋ + (-241,83 կՋ) - (-283,00 կՋ) = 27,99 կՋ:

Տվյալ գործընթացի համար համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխությունը որոշելու համար մենք կիրառում ենք թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը ΔH = ΔU ± RTΔn: Գազային արտադրանքի նյութի քանակի փոփոխության հաշվարկը (H 2 O) և (H 2) ռեակցիաներից առաջ ցույց է տալիս, որ Δn = 0: Այնուհետև ΔU-ի և ΔH-ի հետ կապված հավասարումը պարզեցվում է՝ ΔH = ΔU: Սա նշանակում է, որ կրճատման գործընթացը էնդոթերմ է, և համակարգի ներքին էներգիան ավելանում է 27,99 կՋ-ով։

ՊատասխանելԴH = ΔU = 27,99 կՋ:

4. Ներքին էներգիան 100 0 C ջերմաստիճանում 90 գ ջրի գոլորշիացման ժամանակ ավելացել է 188,1 կՋ-ով։ Ջրի գոլորշու տեսակարար ծավալը 1,699 լ/գ է, ճնշումը՝ 1,01 10 5 Պա։ Որոշել ջրի գոլորշիացման ջերմությունը (կՋ/մոլ):

Լուծում. Գոլորշացման գործընթացի համար

H 2 O (l)<=>H 2 O (g), ΔH = XկՋ/մոլ,

ԴH գոլորշիացման ջերմության և համակարգի ներքին էներգիայի ΔU փոփոխության միջև մշտական ​​ճնշումը (Р = Const) արտահայտվում է ΔH = ΔU ± PΔV հավասարմամբ, որտեղ ΔV = V Н2О(g) – V Н2О(l) ) > 0, քանի որ V H2O (g) > V H2O (l): Հաշվի առնելով այս եզրակացությունը՝ հավասարումը կպարզեցվի՝ ΔH = ΔU + PΔV:

Իմանալով տվյալ պայմաններում ջրի գոլորշու հատուկ ծավալը (v) և ջրի զանգվածը (m), մենք գտնում ենք. V H2O (g) = vm; V H2O (գ) \u003d 1,699 (լ / գ) 90 (գ) \u003d 152,91 լ. Քանի որ հայտնի է նաև հեղուկ ջրի խտությունը (ρ Н2О(l) = 1 10 -3 գ/լ), մենք գտնում ենք հեղուկ ջրի ծավալը՝ օգտագործելով բանաձևը.

V H2O (l) \u003d ρm և V H2O (l) \u003d 1 10 -3 (գ / լ) 90 (գ) \u003d 0,09 լ:

Այս արժեքները հաշվի առնելով՝ 90 գ ջրի ΔV գոլորշիացման ընթացքում ծավալի փոփոխությունը կլինի.

ΔV \u003d 152,91l - 0,09l \u003d 152,82l:

Գտնված ΔV արժեքը, ինչպես նաև խնդրի այս պայմանները փոխարինելով ΔH-ի արտահայտությամբ՝ որոշում ենք 90 գ ջրի գոլորշիացման ջերմությունը.

ΔH P \u003d 188,1 կՋ + 1,01 10 5 (10 -3 կՊա) 152,82 (10 -3 մ 3) \u003d 188,1 կՋ + 15,43 կՋ \u003d 203,53 կՋ:

Ստացված գոլորշու 1 մոլի հիման վրա այս արժեքը կլինի՝ ΔH = ΔH P ·M/m, որտեղ M-ը ջրի մոլային զանգվածն է։ Այնուհետև ∆H = = 40,71 կՋ/մոլ:

ՊատասխանելՋրի գոլորշիացման ջերմությունը եռման կետում 40,71 կՋ/մոլ է։

5. 130 գ մետաղական ցինկի լուծարումը նոսր ծծմբաթթվի մեջ 20 0 C ջերմաստիճանում ուղեկցվում է 286,2 կՋ էներգիայի արտազատմամբ։ Այս գործընթացում արձակված գազային ջրածինը գործում է արտաքին ճնշման դեմ: Որոշեք այս գործընթացի ներքին էներգիայի փոփոխությունը:

Լուծում. Քիմիական ռեակցիայի համար՝ Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Գործընթացի ջերմային ազդեցության (ΔH) և համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխության (ΔU) հարաբերությունը ենթարկվում է թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի հավասարմանը ΔH = ΔU ± RTΔn։ Քանի որ այս գործընթացում աշխատանք է կատարվում շրջակա միջավայրի վրա, նշանակում է, որ համակարգի ներքին էներգիան նվազում է, այսինքն.

ΔH = ΔU - RTΔn կամ ΔU = ΔH + RTΔn:

Այս հավասարման մեջ Δn-ը համապատասխանում է արտանետվող գազային ջրածնի n H 2 նյութի քանակին, որը որոշվում է մետաղական ցինկի n Zn թթվի հետ փոխազդած նյութի քանակով։ Եվ այնուհետև n H 2 \u003d n Zn \u003d m Zn / M Zn, որտեղ m և M-ը համապատասխանաբար ցինկի զանգվածն ու մոլային զանգվածն են: Հաշվարկները կատարելուց հետո մենք ստանում ենք.

n H 2 \u003d 130 (գ) / 65 (գ / մոլ) \u003d 2 մոլ: Հետեւաբար, Δn = 2 մոլ:

Այժմ մենք հաշվարկում ենք գործընթացի ներքին էներգիայի փոփոխությունը՝ հիշելով, որ էկզոտերմիկ պրոցեսներում ΔH< 0, т.е. ΔH = -286,2 кДж; Т = 273 + 20 = 293 К;

R = 8,31 10 -3 կՋ / մոլ Կ. Եւ հետո:

ΔU \u003d -286,2 կՋ + 8,31 10 -3 (կՋ / մոլ Կ) 293 Կ 2 մոլ \u003d -281,3 կՋ:

Պատասխանելռեակցիայի ընթացքում համակարգի ներքին էներգիան կնվազի 281,3 կՋ-ով։

Օրինակ 3. Էնտրոպիայի հաշվարկ, դրա կապը քիմիական պրոցեսի էնթալպիայի հետ

և ջերմաստիճանը

1. Բրոմոբենզոլի գոլորշիացման տեսակարար ջերմությունը 156,8 0 C ջերմաստիճանում կազմում է 241,0 Ջ/գ։ Որոշել փուլային անցման էնտրոպիայի փոփոխությունը 1,25 մոլ բրոմբենզոլի գոլորշիացման ժամանակ։

Լուծում. Էնտրոպիայի փոփոխությունը նյութի ագրեգացման մի վիճակից մյուսին անցնելու հավասարակշռության գործընթացում որոշվում է թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի համաձայն.

ΔS = , որտեղ ΔH-ը գոլորշիացման ջերմությունն է (կամ հեղուկից գազային վիճակի փուլային անցման էնթալպիան), Т-ը փուլային անցման ջերմաստիճանն է։

ΔH գործընթացի ջերմային ազդեցությունը որոշելու համար նախ պետք է հաշվարկեք ելակետային նյութի բրոմբենզոլի մոլային զանգվածը C 6 H 5 Br, այն հավասար կլինի՝ M (C 6 H 5 Br) \u003d 6 12 + 5 1 + 1 80 \u003d 157 (գ / մոլ): Իմանալով փուլային անցումում ներգրավված n բրոմբենզոլային նյութի քանակը՝ որոշում ենք դրա զանգվածը՝ m(C 6 H 5 Br) = M n;

մ (C 6 H 5 Br) \u003d 157 գ / մոլ 1,25 մոլ \u003d 196,25 գ:

Նյութի տրված զանգվածի համար, հաշվի առնելով գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը (L), գործընթացի ջերմային ազդեցությունը հաշվում ենք բանաձևով՝ ΔH = L m, ΔH = 241 (Ջ/գ) 196,25 (գ) = 47296.25 Ջ.

Փուլային անցման ջերմաստիճանը T \u003d t 0 C + 273 \u003d 156,8 + 273 \u003d 429,8 Կ:

Ստացված արժեքները փոխարինելով թերմոդինամիկայի 2-րդ օրենքի հավասարման մեջ՝ ստանում ենք.

∆S = = 110,04 .

Պատասխանել 1,25 մոլ բրոմբենզոլի գոլորշիացման դեպքում համակարգի էնտրոպիան մեծանում է 110,04 Ջ/Կ-ով։

2. Որոշեք էնտրոպիայի փոփոխությունը ստանդարտ պայմաններում հետևյալ քիմիական գործընթացի համար՝ Al (c) + Cr 2 O 3 (c) → Cr (c) + Al 2 O 3 (c):

Լուծում. Համաձայն Հեսսի օրենքի 3-րդ եզրակացության՝ քիմիական պրոցեսի էնտրոպիայի (ΔS) փոփոխությունը սահմանվում է որպես ռեակցիայի արտադրանքների և ռեակտիվների էնտրոպիաների գումարների տարբերություն՝ հաշվի առնելով դրանց ստոյխիոմետրիկ գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ։ .

Հաշվի առնելով այս հանգամանքը, գործընթացի սխեման պետք է վերածվի քիմիական հավասարման՝ տեղադրելով համապատասխան գործակիցներ: Այնուհետև մենք ստանում ենք.

2Al (c) + Cr 2 O 3 (c) \u003d 2Cr (c) + Al 2 O 3 (c):

Այս ռեակցիայի համար մենք կկազմենք էնտրոպիայի փոփոխությունը ստանդարտ պայմաններում հաշվարկելու հավասարում. ΔS 0 = - :

Համաձայն N 7 հավելվածի աղյուսակի, մենք սահմանում ենք գործընթացի մասնակիցների էնտրոպիայի արժեքները (S 0) (J / mol K).

S 0 Al (k) = 28,32; S 0 Cr 2 O 3 (c) = 81.10; S 0 Cr (k) = 23,76; S 0 Al 2 O 3 (c) = 50,94:

Գտնված էնտրոպիայի արժեքները փոխարինելով ցանկալի հավասարման մեջ և կատարելով հաշվարկներ՝ ստանում ենք՝ ΔS 0 = (2 23.76 + 50.94) - (2 28.32 + 81.10) = -39.28 (J / mol TO):

Նշենք, որ էնտրոպիայի փոփոխության բացասական արժեքը (էնտրոպիայի նվազում) վկայում է ստանդարտ պայմաններում այս գործընթացի ինքնաբուխ իրականացման անհնարինության մասին։

ՊատասխանելԴS 0 \u003d -39,28 Ջ / մոլ Կ. Ստանդարտ պայմաններում նման գործընթաց անհնար է։

Մագնեզիումի նիտրատի տարրալուծման ռեակցիան ըստ հավասարման

2Mg (NO 3) 2 (t) \u003d 2MgO (t) + 4NO 2 (g) + O 2 (g)

ուղեկցվում է համակարգի էնտրոպիայի աճով 891 Ջ/Կ-ով և էթալպիայի փոփոխությամբ 510 կՋ-ով։ Հաշվե՛ք մագնեզիումի նիտրատի առաջացման ստանդարտ էնթալպիան և էնտրոպիան: Որոշեք, թե էնթալպիան կամ էնտրոպիան գործոններից որն է նպաստում այս գործընթացի ինքնաբուխ հոսքին:

Լուծում. ΔH 0 arr և S 0 arr կհաշվենք Հեսսի օրենքի 3-րդ հետևության հիման վրա, ըստ որի.

ա) ΔH 0 x.r. \u003d 2 ΔH 0 arr + 4 ΔH 0 arr - 2 ΔH 0 arr;

հետեւաբար ΔH 0 arr = ΔH 0 arr + 2 ΔH 0 arr -½ΔH 0 x.r.

բ) ΔS 0 x.r. \u003d 2 S 0 arr + 4 S 0 arr + S 0 arr - 2 S 0 arr; հետեւաբար S 0 arr = S 0 arr + 2 S 0 arr + ½ S 0 arr - ½ ΔS 0 x.r.

Օգտագործելով N 1 հավելվածի աղյուսակի տվյալները՝ մենք գտնում ենք ձևավորման էթալպիաների և ռեակցիայի արտադրանքի էնտրոպիաների արժեքները.

ΔH 0 arr \u003d -601,24 կՋ / մոլ; ΔH 0 arr = 33,50 կՋ / մոլ; S 0 arr \u003d 26,94 J / mol K; S 0 arr \u003d 240,45 J / mol K; S 0 arr \u003d 205.04 J / mol K.

Գտնված արժեքները փոխարինելով a) և b հավասարումներով), մենք հաշվարկում ենք պահանջվող արժեքները.

ΔH 0 arr \u003d 1 մոլ (-601,24 կՋ / մոլ) + 2 մոլ 33,50 կՋ / մոլ -½ (510 կՋ) \u003d

789,24 կՋ;

S 0 arr \u003d 1 mol 26,94 J / mol K + 2 mol 240,45 J / mol K + ½ mol 205,04 J / mol K - ½ 891 J / K \u003d -164,87 J / K:

Ինչպես հայտնի է, ռեակցիայի ինքնաբուխ հոսքը նպաստում է նրա էթալպիական գործոնի նվազմանը (ΔH 0 x.r.< 0) и увеличение энтропийного фактора (Т·ΔS 0 х.р. >0): Ըստ խնդրի տրված պայմանների՝ պրոցեսի ընթացքում մեծանում է էնտրոպիան, և, հետևաբար, արտադրյալը՝ Т·ΔS 0 x.r. , որը նպաստում է դրա ինքնաբուխ հոսքին։ Մյուս կողմից, ռեակցիայի էթալպիան նույնպես մեծանում է, ինչը չի նպաստում գործընթացի ինքնաբուխությանը առաջընթաց ուղղությամբ։

ՊատասխանելԴH 0 arr = - 789,24 կՋ; S 0 arr \u003d -164,87 J / K. Այս ռեակցիայի էնտրոպիայի գործոնը նպաստում է մագնեզիումի նիտրատի տարրալուծման գործընթացի ինքնաբուխությանը։

4. Երբ 100 գ պղինձը հալվում է, համակարգի էնտրոպիան մեծանում է 1,28 Ջ/Կ-ով։ Հաշվե՛ք պղնձի միաձուլման տեսակարար ջերմությունը 1083 0 C ջերմաստիճանում։

Լուծում. Հատուկ ջերմության (L, J/kg) և հալեցման էնթալպիայի (ΔH, J) միջև կա հարաբերություն L = ΔH/m։ Գործընթացի էնթալպիայի և դրա էնտրոպիայի փոփոխության հարաբերությունն արտահայտվում է թերմոդինամիկայի 2-րդ օրենքի ΔH = Т·ΔS հավասարմամբ։ Միավորելով երկու արտահայտությունները՝ ստանում ենք.

Խնդրի վիճակից ստացված տվյալները փոխարինենք գտնված հարաբերակցությամբ, կատարենք համապատասխան հաշվարկները և ստանանք.

L= .

ՊատասխանելՊղնձի միաձուլման տեսակարար ջերմությունը 17,4 է:

5 . Ացետիլենի այրման ռեակցիան ընթանում է ըստ հավասարման

C 2 H 2 (գ) + 5 / 2O 2 (գ) \u003d 2CO 2 (գ) + H 2 O (գ):

Հաշվե՛ք համակարգի էնտրոպիայի փոփոխությունը ստանդարտ պայմաններում և բացատրե՛ք դրա նվազման պատճառները։

Լուծում. Համաձայն Հեսսի օրենքի հետևության՝ էնտրոպիայի փոփոխությունը սահմանվում է որպես պրոցեսի արտադրանքների և ռեակտիվների էնտրոպիաների գումարների տարբերություն՝ հաշվի առնելով ռեակցիայի ստոյխիոմետրիկ գործակիցները։ Հետո

ΔS 0 x.r. = - .

Հավելված 1-ի աղյուսակում մենք գտնում ենք պահանջվող էնտրոպիաների արժեքները.

S 0 arr CO 2 (g) \u003d 213,65 J / mol K; S 0 arr H 2 O (l) \u003d 69,94 J / mol K; S 0 arr C 2 H 2 (g) \u003d 219,45 J / mol K; S 0 arr O 2 (g) \u003d 205,03 J / mol K:

Այս արժեքները փոխարինելով գործընթացի էնտրոպիայի փոփոխության հավասարման մեջ և կատարելով հաշվարկներ՝ մենք ստանում ենք.

ΔS 0 x.r. \u003d (2 213,65 + 69,94 - 219,45 - (5/2) 205,03) J / մոլ K \u003d -234,79 J / մոլ Կ.

Գործընթացի էնտրոպիայի նվազումը բացատրվում է համակարգի դասավորության աճով, քանի որ ռեակցիայի արտադրանքներում գազային նյութի քանակը 2,7 անգամ պակաս է, քան ռեակտիվներում (5,5/2):

Պատասխանել: ΔS 0 x.r. = -234,79 Ջ/մոլ Կ; ΔS 0 x.r.<0 т.к. Δn(г) < 0.

Օրինակ 4. Գիբսի էներգիայի փոփոխության հաշվարկ, ուղղության որոշում

քիմիական գործընթաց

1. Բնական միներալային մագնիտիտ Fe 3 O 4-ի վերականգնումը ածխածնի մոնօքսիդով (2) իրականացվում է արտադրական պայմաններում՝ ըստ ռեակցիայի.

Fe 3 O 4 (գ) + CO (գ) \u003d 3FeO (գ) + CO 2 (գ):

Որոշեք Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը և եզրակացություն արեք ստանդարտ պայմաններում այս գործընթացի ինքնաբուխ հոսքի հնարավորության մասին:

Լուծում. Ջերմոդինամիկական համակարգի իզոբար-իզոթերմալ պոտենցիալը կամ Գիբսի էներգիան G արտացոլում է գործընթացի ընդհանուր շարժիչ ուժը, այսինքն. նշանակում է համակարգի ընդհանուր էներգիայի այն մասը (H), որն ամբողջությամբ և առանց հետքի կարող է վերածվել օգտակար աշխատանքի (փաստացի քիմիական պրոցեսը)։ Գիբսի էներգիայի ΔG (T = Const և P = Const) փոփոխություն նրա նվազման ուղղությամբ (ΔG):< 0) указывает на меру химической активности системы: чем больше |ΔG|, тем сильнее стремление к протеканию процесса и тем дальше он отстоит от состояния равновесия. Энергия Гиббса является функцией состояния и поэтому к ней применим закон Гесса:

ΔG ch.r. \u003d ∑ΔG arr (prod) - ∑ΔG arr (reag):

Կիրառելով այս արտահայտությունը ստանդարտ պայմաններում երկակի երկաթի օքսիդի Fe 3 O 4 կրճատման հավասարմանը, մենք ստանում ենք.

ΔG 0 սառը \u003d [ 3 ΔG 0 arr FeO (գ) + ΔG 0 arr CO 2 (գ)] - [ΔG 0 arr Fe 3 O 4 (գ) + ΔG 0 arr CO (գ)]:

Օգտագործելով N 1 հավելվածի աղյուսակը, մենք սահմանում ենք ռեակցիայի արտադրանքի և ռեակտիվների ΔG 0 arr արժեքները.

ΔG 0 arr FeO (c) = -244,3 կՋ / մոլ; ΔG 0 arr CO 2 (գ) = -394,38 կՋ / մոլ; ΔG 0 arr Fe 3 O 4 (k) \u003d -1014,20 կՋ / մոլ; ΔG 0 arr CO (գ) \u003d -137,27 կՋ / մոլ:

Գտնված արժեքները փոխարինելով ΔG 0 x.r արտահայտությամբ: և կատարելով հաշվարկները՝ ստանում ենք.

ΔG 0 սառը = - [(-1014.20) + (-137.27)] = 24.19 (կՋ / մոլ):

Հաշվարկները ցույց են տվել, որ ΔG 0 x.r.> 0, ինչը նշանակում է, որ այս գործընթացը չի կարող շարունակվել ստանդարտ պայմաններում:

ՊատասխանելՍտանդարտ պայմաններում երկաթի երկօքսիդի ածխածնի մոնօքսիդով (2) ինքնաբերաբար վերացման գործընթացը հնարավոր չէ, քանի որ. ΔG 0 սառը > 0.

2. Բացատրեք, թե ինչու էկզոտերմիկ ռեակցիան H 2 (g) + CO 2 (g) \u003d CO (g) + H 2 O (l), ΔH 1 \u003d -2,85 կՋ / մոլ, չի ընթանում ստանդարտ պայմաններում. բայց արձագանքը

2NO (գ) + O 2 (գ) \u003d 2NO 2 (գ), ΔH 2 \u003d -113,74 կՋ / մոլ:

Լուծում. Համաձայն թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի՝ քիմիական պրոցեսի էնթալպիայի և Գիբսի էներգիայի հարաբերությունն արտահայտվում է հավասարմամբ՝ ΔH = ΔG + TΔS։ Հետեւաբար ΔG = ΔH – ТΔS: Եկեք հաշվարկենք երկու գործընթացների Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը՝ օգտագործելով թիվ 1 հավելվածի աղյուսակի տվյալները՝ ԴS էնտրոպիայի փոփոխությունը հաշվարկելու համար։

Առաջին արձագանքի համար մենք ստանում ենք.

ΔS 0 x.r. (1) \u003d S 0 arr CO (g) + S 0 arr H 2 O (l) - S 0 arr H 2 (g) - S 0 arr CO 2 (g) և

ΔS 0 x.r. (1) = (197,91 + 69,94 - 130,59 - 213,65) Ջ/մոլ Կ = -76,39 Ջ/մոլ Կ.

Երկրորդ ռեակցիայի համար արդյունքը կլինի հետևյալը.

ΔS 0 x.r. (2) \u003d 2 S 0 arr NO 2 (g) - 2 S 0 arr NO (g) - S 0 arr O 2 (g) և

ΔS 0 x.r. (2) = (2 240.46 - 2 210.20 - 205.03) Ջ/մոլ Կ = -144.51 Ջ/մոլ Կ.

Այժմ մենք հաշվարկում ենք Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը T = 298K-ում այս ռեակցիաների համար.

ΔG 0 սառը (1) \u003d ΔH 1 - TΔS 0 x.r. (1) և

ΔG 0 սառը (1) = -2,85 կՋ/մոլ - 298Կ (-76,39 10 -3 կՋ/մոլ Կ) = 19,91 կՋ/մոլ;

ΔG 0 սառը (2) \u003d ΔH 2 - TΔS 0 x.r. (2) և

ΔG 0 սառը (2) = -113,74 կՋ/մոլ - 298 Կ (-144,51 10 -3 կՋ/մոլ Կ) = -70,68 կՋ/մոլ:

Ըստ հաշվարկի արդյունքների՝ ΔG 0 x.r. (1) > 0 և, հետևաբար, այս գործընթացը ինքնաբերաբար չի ընթանա, բայց ΔG 0 x.r. (2)< 0, что свидетельствует о самопроизвольности процесса при стандартных условиях.

ՊատասխանելՍտանդարտ պայմաններում ածխաթթու գազի վերականգնումը ջրածնի հետ չի ընթանում, քանի որ դրա համար ΔG 0 x.r. > 0, սակայն ազոտի օքսիդի (2) օքսիդացման ռեակցիան թթվածնի հետ հնարավոր է, որն ուղեկցվում է Gibbs էներգիայի ΔG 0 x.r. (2)< 0.

3. Որոշել ալյումինոթերմիայի գործընթացի ինքնաբուխ հոսքի հնարավորությունը

Fe 2 O 3 (c) + 2Al (c) \u003d Al 2 O 3 (c) + 2Fe (c)

298K և 500K ջերմաստիճանում և բոլոր նյութերի ստանդարտ վիճակը: Սահմանեք նվազագույն ջերմաստիճանը, որից բարձր նշված պրոցեսն ինքնաբուխ է ընթանում:

Լուծում. ΔG 0 x.r հաշվարկելու համար. Մենք օգտագործում ենք Հեսսի օրենքը.

ΔG 0 սառը \u003d [ΔG 0 arr Al 2 O 3 (c) + 2 ΔG 0 arr Fe (c)] - [ΔG 0 arr Fe 2 O 3 (c) +2 ΔG 0 arr Al (c)]:

Այս դեպքում հաշվի ենք առնում, որ ΔG 0 arr Fe(c) = ΔG 0 arr Al(c) = 0, իսկ համաձայն թիվ 7 հավելվածի աղյուսակի ΔG 0 arr Al 2 O 3 (c) = -1580.00. կՋ / մոլ; ΔG 0 arr Fe 2 O 3 (k) = -740,98 կՋ / մոլ: Փոխարինելով գտնված արժեքները և կատարելով հաշվարկներ՝ ստանում ենք.

ΔG 0 սառը \u003d [-1580,00 - (-740,98)] կՋ / մոլ \u003d -839,02 կՋ / մոլ:

ΔG 500 x.r հաշվարկելու համար. օգտագործել թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը

ΔG 500 x.r. = ΔH 500 x.r. – ТΔS 500 x.r. Միևնույն ժամանակ, խնդրի վիճակի ցուցման համաձայն (բոլոր նյութերը գտնվում են ստանդարտ վիճակում), մենք օգտագործում ենք ռեակտիվների և արտադրանքների ΔH 0 և ΔS 0 աղյուսակային արժեքները 298K.

ΔH 0 arr Al 2 O 3 (k) = -1676.00 կՋ / մոլ; ΔH 0 arr Fe 2 O 3 (k) = -822,16 կՋ / մոլ; S 0 arr Al 2 O 3 (k) \u003d 50,94 J / mol K; S 0 arr Fe 2 O 3 (k) \u003d 89,96 J / mol K; S 0 arr Al (k) = 42.69 J / mol K; S 0 arr Fe(k) = 27,15 Ջ/մոլ Կ:

Եկեք այս արժեքները փոխարինենք ΔH 500 x.r-ի արտահայտություններով: եւ ΔS 500 x.r. և կատարեք հաշվարկները.

ΔH 500 x.r. \u003d ΔH 0 arr Al 2 O 3 (c) - ΔH 0 arr Fe 2 O 3 (c); ΔH 500 x.r. \u003d [-1676,00 - (-822,16)] կՋ / մոլ \u003d -853,84 կՋ / մոլ:

ΔS 500 x.r. = - ; ΔS 500 x.r. \u003d (50,94 + 2 27,15) - (89,96 + 2 42,69) J / մոլ K \u003d -70,10 J / մոլ Կ.

Այժմ մենք գտնում ենք ΔG 500 x.r. , արտահայտելով ΔS 500 x.r. կՋ/մոլում K:

ΔG 500 x.r. \u003d [-853,84 - 500 (-70,10 10 -3)] կՋ / մոլ \u003d -818,79 կՋ / մոլ:

Նվազագույն ջերմաստիճանը գտնելու համար, որից բարձր պրոցեսն ինքնաբերաբար ընթանում է, համակարգի վրա կիրառում ենք T = 0K պայման, իսկ հետո ΔG 0 x.r. \u003d ΔH 0 x.r.< 0. Таким образом, даже при отрицательных значениях температуры (а такие значения практически недостижимы) реакция будет протекать самопроизвольно.

Ջերմաստիճանի վերին սահմանը սահմանելու համար, որի դեպքում պրոցեսը դադարում է ինքնաբուխ լինել, մենք կիրառում ենք քիմիական հավասարակշռության վիճակի պայմանը՝ ΔG = 0 և ΔH = ТΔS, հետևաբար՝ Т = ։

Ստացված արտահայտության մեջ փոխարինենք հայտնաբերված ΔH 500 x.r. եւ ΔS 500 x.r. և, կատարելով հաշվարկներ, ստանում ենք՝ T = = 12180 Կ.

Այսպիսով, միայն շատ բարձր ջերմաստիճանում (T≥12180 K) ալյումինոթերմիայի գործընթացը անհնար է։

Պատասխանել 298K և 500K ջերմաստիճանների դեպքում երկաթի օքսիդը (3) ալյումինով վերացնելու գործընթացը տեղի է ունենում ինքնաբերաբար, քանի որ ΔG 298 x.r.< 0 и ΔG 500 х.р.< 0. Самопроизвольность процесса обеспечивается уже при температуре 0К и прекращается при температуре выше 12180К.

4. Որոշեք ռեակցիայի Գիբսի էներգիայի ստանդարտ փոփոխությունը

COCl 2 (գ)<=>CO (g) + Cl 2 (g), եթե 885K ջերմաստիճանում քայքայվել է ֆոսգենի 70%-ը, վերցվել է 100 կՊա սկզբնական ճնշման դեպքում:

Լուծում. Եթե ​​մինչև ռեակցիայի մեկնարկը COCl 2 (գ) մասնակի ճնշումը հավասար էր P 0 \u003d 100 կՊա, ռեակցիայի ընթացքում սպառվել է գազի 70%, ապա հավասարակշռության պահին մասնակի ճնշումը. մնացած ֆոսգեն P-ը հավասար է COCl 2 (գ) \u003d P 0 0.3 = 30 կՊա: Հավասարակշռության վիճակում ռեակցիայի արտադրանքների մասնակի ճնշումները հավասար են սպառված ֆոսգենի բաժնին, ինչը նշանակում է, որ P-ն հավասար է CO (g) \u003d P-ն հավասար է Cl 2 (g) \u003d P 0 0,7 \u003d 70: կՊա։

Համաձայն զանգվածային գործողության օրենքի՝ հավասարակշռության գործընթացի համար

K-ն հավասար է = .

Եկեք փոխարինենք արտադրանքների և ռեակտիվների մասնակի հավասարակշռության ճնշումների հայտնաբերված արժեքները այս հավասարման մեջ և հաշվարկենք հավասարակշռության հաստատունի արժեքը.

K-ը հավասար է = = 163,3:

Այժմ, օգտագործելով van't Hoff իզոթերմային հավասարումը ΔG 0 = –RTlnKp, մենք հաշվարկում ենք Գիբսի ստանդարտ էներգիայի փոփոխությունը հավասարակշռության վիճակում տվյալ ջերմաստիճանում.

ΔG 0 \u003d (-8,31 885) J / մոլ ℓn163,3 \u003d -37434 J / մոլ \u003d -37,4 կՋ / մոլ:

ՊատասխանելՍտանդարտ պայմաններում հավասարակշռության վիճակում ռեակցիայի Գիբսի էներգիայի փոփոխություն ΔG 0 x.r = -37,4 կՋ/մոլ:

Յուրաքանչյուր նյութ պարունակում է որոշակի քանակությամբ ջերմություն: Այս ջերմությունը կոչվում է էնթալպիա: Էնթալպիան մեծություն է, որը բնութագրում է համակարգի էներգիան։ Ֆիզիկայի և քիմիայի մեջ այն ցույց է տալիս ռեակցիայի ջերմությունը։ Այն ներքին էներգիայի այլընտրանքն է, և այս արժեքը առավել հաճախ նշվում է շարունակական ճնշման դեպքում, երբ համակարգն ունի էներգիայի որոշակի պաշար:

Հրահանգ

1. Ֆիզիկական և քիմիական գործընթացներում ջերմությունը փոխանցվում է մի մարմնից մյուսը: Դա թույլատրելի է, ինչպես միշտ, շարունակական ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում: Մթնոլորտային ճնշումը ավանդաբար կատարում է շարունակական ճնշման դեր: Էնթալպիան, ինչպես և ներքին էներգիան, պետական ​​ֆունկցիա է, ներքին էներգիան յուրաքանչյուր համակարգի կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների գումարն է: Այն հիմք է հանդիսանում էթալպիական հավասարման համար։ Էնթալպիան ներքին էներգիայի և ճնշման գումարն է՝ բազմապատկված համակարգի ծավալով և հավասար է՝ H=U+pV, որտեղ p ճնշումն է համակարգում, V՝ համակարգի ծավալը։ հաշվարկել էնթալպիան, երբ տրված են բոլոր երեք մեծությունները՝ ճնշում, ծավալ և ներքին էներգիա: Այնուամենայնիվ, հեռու, էթալպիան միշտ չէ, որ հաշվարկվում է այս կերպ: Բացի դրանից, կան էթալպիայի հաշվարկման ևս մի քանի մեթոդներ.

2. Իմանալով ազատ էներգիան և էնտրոպիան՝ հնարավոր է հաշվարկել էթալպիա. Ազատ էներգիան կամ Գիբսի էներգիան համակարգի էնթալպիայի մի մասն է, որը ծախսվում է աշխատանքի փոխակերպման վրա և հավասար է էնթալպիայի և ջերմաստիճանի տարբերությանը, բազմապատկված էնտրոպիայի վրա: Այս բանաձևի էնտրոպիան չափում է համակարգի մասնիկների խանգարում. Այն մեծանում է ջերմաստիճանի և ճնշման բարձրացման հետ: Ե՞րբ Գ<0 процесс идет самостоятельно, при?G>0 - չի աշխատում:

3. Բացի այդ, էթալպիան հաշվարկվում է նաև քիմիական ռեակցիայի հավասարումից։ Եթե ​​տրված է A+B=C ձևի քիմիական ռեակցիայի հավասարում, ապա էթալպիակարող է որոշվել բանաձևով. համակարգում ջերմության մեջ՝ dq \u003d dH։ Շարունակական ճնշման դեպքում էնթալպիան :H=?СpdTԵթե էնթալպիան և էնտրոպիայի գործոնները հավասարակշռում են միմյանց, էնթալպիայի աճը հավասար է ջերմաստիճանի և էնտրոպիայի աճի արտադրյալին.?H= ՏՍ

Հաշվարկելու համար թիվ ջերմությունստացված կամ տրված նյութի կողմից, անհրաժեշտ է հայտնաբերել դրա զանգվածը, ինչպես նաև ջերմաստիճանի փոխակերպումը: Համաձայն հատուկ ջերմային հզորությունների աղյուսակի, գտեք այս արժեքը տվյալ նյութի համար, այնուհետև հաշվարկեք ջերմային թիվը բանաձևով. Հնարավոր է որոշել վառելիքի այրման ժամանակ արտանետվող ջերմության քանակը՝ իմանալով դրա զանգվածը և այրման հատուկ ջերմությունը։ Նույն իրավիճակը հալման և գոլորշիացման հետ կապված:

Ձեզ անհրաժեշտ կլինի

• Ջերմության քանակը որոշելու համար վերցրեք կալորիմետր, ջերմաչափ, կշեռքներ, նյութերի ջերմային հատկությունների աղյուսակներ։

Հրահանգ

1. Մարմնի կողմից տրվող կամ ստացած ջերմության քանակի հաշվարկ Կշեռքի վրա մարմնի քաշը չափել կիլոգրամներով, այնուհետև չափել ջերմաստիճանը և տաքացնել այն՝ հնարավորինս սահմանափակելով շփումը արտաքին միջավայրի հետ՝ կրկին չափելով ջերմաստիճանը։ Դա անելու համար օգտագործեք ջերմամեկուսացված անոթ (կալորիմետր): Փաստորեն, դա թույլատրվում է անել՝ ցանկացած մարմին վերցնել սենյակային ջերմաստիճանում, սա կլինի նրա սկզբնական արժեքը։ Դրանից հետո այրվող ջուրը լցնել կալորիմետրի մեջ և ընկղմել մարմինը այնտեղ։ Որոշ ժամանակ անց (ոչ անմիջապես, մարմինը պետք է տաքանա), չափեք ջրի ջերմաստիճանը, այն կհավասարվի մարմնի ջերմաստիճանին։ Հատուկ ջերմության աղյուսակում գտե՛ք այս արժեքը այն նյութի համար, որից պատրաստված է ուսումնասիրվող մարմինը։ Այնուհետև նրա ստացած ջերմության թիվը հավասար կլինի մարմնի զանգվածի և նրա ջերմաստիճանի փոխակերպման հատուկ ջերմային հզորության արտադրյալին (Q=c m (t2-t1)): Արդյունքը կլինի ջոուլներով: Ջերմաստիճանը կարելի է չափել Ցելսիուսի աստիճաններով։ Եթե ​​ջերմային թիվը պարզվում է, որ դրական է, մարմինը տաքանում է, բացասական դեպքում՝ սառչում։

2. Վառելիքի այրման ժամանակ ջերմային քանակի հաշվարկ: Չափել վառելիքի զանգվածը, որը այրվում է: Եթե ​​վառելիքը հեղուկ է, չափեք դրա ծավալը և բազմապատկեք հատուկ աղյուսակում վերցված խտությամբ։ Դրանից հետո տեղեկատու աղյուսակում գտեք այս վառելիքի այրման հատուկ ջերմությունը և բազմապատկեք դրա զանգվածով: Արդյունքը կլինի վառելիքի այրման ժամանակ թողարկված ջերմության քանակությունը:

3. Ջերմային թվի հաշվարկը հալման և գոլորշիացման ժամանակ Չափել հալվող մարմնի զանգվածը և տվյալ նյութի հալման տեսակարար ջերմությունը հատուկ աղյուսակից: Բազմապատկեք այս արժեքները և ստացեք մարմնի կողմից հալվելու ընթացքում կլանված ջերմության քանակը: Նույն ջերմային թիվը մարմինը տալիս է բյուրեղացման ժամանակ։Հեղուկի գոլորշիացման ժամանակ կլանված ջերմության քանակը չափելու համար գտե՛ք դրա զանգվածը, ինչպես նաև գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը։ Այս քանակությունների արտադրյալը կտա գոլորշիացման ընթացքում տվյալ հեղուկի կողմից կլանված ջերմության քանակը։ Կոնդենսացիայի ժամանակ կթողարկվի ճիշտ նույն քանակությամբ ջերմություն, որը կլանվել է գոլորշիացման ժամանակ:

Առնչվող տեսանյութեր

Ջերմային ազդեցությունըթերմոդինամիկական համակարգը առաջանում է նրանում քիմիական ռեակցիայի առաջացման արդյունքում, սակայն դա նրա համադրումներից չէ։ Այս արժեքը կարող է որոշվել միայն որոշակի պայմաններում:

Հրահանգ

1. Ջերմային ներկայացում ազդեցությունըբայց նեղ առնչվում է թերմոդինամիկական համակարգի էթալպիայի ներկայացմանը։ Սա ջերմային էներգիա է, որը կարող է վերածվել ջերմության, երբ հասնում է որոշակի ջերմաստիճանի և ճնշման: Այս արժեքը բնութագրում է համակարգի հավասարակշռության վիճակը:

2. Ցանկացած քիմիական ռեակցիա անփոփոխ ուղեկցվում է որոշակի քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ կամ կլանմամբ: Այս դեպքում ռեակցիան նշանակում է ռեակտիվների ազդեցությունը համակարգի արտադրանքի վրա: Սա ջերմային է ստեղծում ազդեցությունը, որը կապված է համակարգի էթալպիայի փոփոխության հետ, և դրա արտադրանքները ընդունում են ռեակտիվների կողմից ծանուցված ջերմաստիճանը։

3. Կատարյալ պայմաններում՝ ջերմային ազդեցությունըկախված է քիմիական ռեակցիայի բնույթից: Սրանք տվյալներ են, որոնց համաձայն ենթադրվում է, որ համակարգը այլ աշխատանք չի կատարում, քան լարվածության աշխատանքն է, և դրա արտադրանքների և ռեակտիվների ջերմաստիճանները հավասար են:

4. Գոյություն ունեն քիմիական ռեակցիաների երկու տեսակ՝ իզոխորիկ (շարունակական ծավալով) և իզոբար (շարունակական ճնշման դեպքում): Ջերմային բանաձեւ ազդեցությունըև ունի հետևյալ տեսքը՝ dQ = dU + PdV, որտեղ U-ը համակարգի էներգիան է, P-ն ճնշումն է, V-ը՝ ծավալը։

5. Իզոխորիկ գործընթացում PdV տերմինը անհետանում է, քանի որ ծավալը չի ​​փոխվում, ինչը նշանակում է, որ համակարգը չի ընդլայնվում, հետևաբար dQ = dU: Իզոբարային գործընթացում ճնշումը շարունակական է, իսկ ծավալը մեծանում է, ինչը նշանակում է, որ համակարգը աշխատում է լարվածության մեջ: Հետեւաբար ջերմային հաշվարկելիս ազդեցությունըիսկ բուն համակարգի էներգիայի փոփոխությանը գումարվում է այս աշխատանքի վրա ծախսված էներգիան՝ dQ = dU + PdV:

6. PdV-ն շարունակական մեծություն է, ուստի այն կարող է բերվել դիֆերենցիալի նշանի տակ, ուստի dQ = d(U + PV): U + PV գումարը լիովին արտացոլում է թերմոդինամիկական համակարգի վիճակը, ինչպես նաև համապատասխանում է էթալպիայի վիճակին։ Այսպիսով, էթալպիան էներգիան է, որը ծախսվում է, երբ համակարգը ձգվում է:

7. Հատկապես հաճախ հաշվարկել ջերմային ազդեցությունը 2 տեսակի ռեակցիաներ՝ միացությունների առաջացում և այրում։ Այրման կամ առաջացման ջերմությունը աղյուսակային արժեք է, հետևաբար՝ ջերմությունը ազդեցությունըռեակցիաները ընդհանուր դեպքում կարելի է հաշվարկել՝ գումարելով դրան մասնակցող բոլոր նյութերի ջերմությունները։

Առնչվող տեսանյութեր

Գոլորշու հատկությունները որոշվում են նրա պարամետրերով, այսինքն՝ գոլորշու վիճակը բնութագրող մեծություններով (ճնշում, ջերմաստիճան, չորության աստիճան, էնթալպիա, ջերմային պարունակություն և այլն)։ Ջերմային էներգիան նրան մատակարարվում է ջրային գոլորշու օգնությամբ, որը ջերմային էներգիայի (ջերմային կրիչ) կրող է։

Հագեցած գոլորշի

Եթե ​​ջուրը տաքացնում եք բաց տարայի մեջ, ապա դրա ջերմաստիճանը աստիճանաբար կբարձրանա մինչև այն հասնի մոտ 100 0 C; դրանից հետո ջերմաստիճանի հետագա աճը դադարում է, և ջուրը սկսում է եռալ, այսինքն՝ դրա արագ անցումը գոլորշի վիճակի։ Եռման ժամանակ ջրի ջերմաստիճանը մնում է նույնը, ինչպես նաև ջրի վերևում արտադրվող գոլորշու ջերմաստիճանը. նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում այն ​​հավասար է ուղիղ 100 0 C-ի, հավասար է 760 մմ բարձրությամբ սնդիկի սյունակի ճնշմանը: Արհեստականորեն փոխելով ճնշումը, հնարավոր է փոխել եռման կետը շատ լայն միջակայքում; Երբ ճնշումը մեծանում է, եռման կետը բարձրանում է, երբ ճնշումը նվազում է, այն նվազում է:

Այսպիսով, 0,02 ատա (0,02 մթնոլորտային ճնշման) ճնշման դեպքում ջուրը եռում է 17,2 0 C, իսկ 10 ճնշման դեպքում 179 0 C:

Ջրից բարձր գոլորշու ջերմաստիճանը, որից այն ստացվում է (նկ. 1), միշտ հավասար է այս ջրի ջերմաստիճանին։ Ջրի վերևում առաջացած գոլորշին կոչվում է հագեցած գոլորշի.

Հագեցած գոլորշու որոշակի ջերմաստիճանը միշտ համապատասխանում է որոշակի ճնշման, և հակառակը, խիստ սահմանված ջերմաստիճանը միշտ համապատասխանում է որոշակի ճնշման:

Թարմ գոլորշին գերտաքացնելով նրան լրացուցիչ ջերմություն ենք հաղորդում, այսինքն՝ ավելացնում ենք սկզբնական էթալպիան։ Սա հանգեցնում է օգտագործվող ջերմության կորստի ավելացմանը և տնտեսական արդյունավետության բարձրացմանը: կայանքներ, որոնք աշխատում են գերտաքացվող գոլորշու վրա. Բացի այդ, գոլորշու խողովակաշարերում շարժվելիս գերտաքացած գոլորշին չի խտանում ջրի մեջ, քանի որ խտացումը կարող է սկսվել միայն այն պահից, երբ գերտաքացած գոլորշու ջերմաստիճանն այնքան իջնի, որ այն անցնի հագեցած վիճակի: Թարմ գոլորշու խտացման բացակայությունը հատկապես կարևոր է գոլորշու տուրբինների համար, գոլորշու գծում կուտակված և գոլորշու կողմից տուրբինի մեջ ներքաշված ջուրը կարող է հեշտությամբ ոչնչացնել տուրբինի շեղբերները:

Գերտաքացվող գոլորշու առավելություններն այնքան զգալի են, և դրա օգտագործման շահութաբերությունն այնքան մեծ է, որ ժամանակակից տուրբինային կայանները գործում են գրեթե բացառապես գերտաքացվող գոլորշու միջոցով:

Հոդվածը պարունակում է հագեցած և գերտաքացած գոլորշու աղյուսակի մի հատված: Այս աղյուսակի օգնությամբ, ըստ գոլորշու ճնշման արժեքի, որոշվում են դրա վիճակի պարամետրերի համապատասխան արժեքները:

Գոլորշու ճնշում	Հագեցվածության ջերմաստիճանը	Հատուկ ծավալ	Խտություն		Գոլորշի էթալպիա	Գոլորշացման ջերմություն (խտացում)

Սյունակ 1. գոլորշու ճնշում (p)

Աղյուսակը ցույց է տալիս գոլորշու ճնշման բացարձակ արժեքը բարով: Այս փաստը պետք է հիշել. Ինչ վերաբերում է ճնշմանը, որպես կանոն, խոսում են այն ավելորդ ճնշման մասին, որը ցույց է տալիս մանոմետրը։ Այնուամենայնիվ, գործընթացի ինժեներները իրենց հաշվարկներում օգտագործում են բացարձակ ճնշում: Գործնականում այս տարբերությունը հաճախ հանգեցնում է թյուրիմացությունների և սովորաբար հակառակ արդյունքի:

SI համակարգի ներդրմամբ ընդունվեց, որ հաշվարկներում պետք է օգտագործվի միայն բացարձակ ճնշում։ Բոլոր տեխնոլոգիական սարքավորումների ճնշման չափիչները (բացի բարոմետրերից) հիմնականում ցույց են տալիս մանոմետրի ճնշումը, մենք նկատի ունենք բացարձակ ճնշում: Նորմալ մթնոլորտային պայմանները (ծովի մակարդակում) նշանակում են 1 բար բարոմետրիկ ճնշում: Ջրաչափի ճնշումը սովորաբար նշվում է բարձով:

Սյունակ 2. Հագեցած գոլորշու ջերմաստիճան (ts)

Աղյուսակում ճնշման հետ մեկտեղ տրված է համապատասխան հագեցած գոլորշու ջերմաստիճանը։ Համապատասխան ճնշման ջերմաստիճանը որոշում է ջրի եռման կետը և, հետևաբար, հագեցած գոլորշու ջերմաստիճանը: Այս սյունակում ջերմաստիճանի արժեքները որոշում են նաև գոլորշու խտացման ջերմաստիճանը:

8 բար ճնշման դեպքում հագեցած գոլորշու ջերմաստիճանը 170°C է։ 5 բար ճնշմամբ գոլորշուց առաջացած կոնդենսատը ունի համապատասխան ջերմաստիճան 152°C։

Սյունակ 3. Հատուկ ծավալ (v”)

Հատուկ ծավալը տրված է մ3/կգ-ով: Քանի որ գոլորշիների ճնշումը մեծանում է, հատուկ ծավալը նվազում է: 1 բար ճնշման դեպքում գոլորշու հատուկ ծավալը կազմում է 1,694 մ3/կգ։ Կամ այլ կերպ ասած՝ 1 դմ3 (1 լիտր կամ 1 կգ) ջուրը գոլորշիացման ժամանակ նախնական հեղուկ վիճակի համեմատ ծավալն ավելանում է 1694 անգամ։ 10 բար ճնշման դեպքում տեսակարար ծավալը կազմում է 0,194 մ3/կգ, ինչը 194 անգամ գերազանցում է ջրին։ Հատուկ ծավալի արժեքը օգտագործվում է գոլորշու և կոնդենսատային խողովակաշարերի տրամագիծը հաշվարկելիս:

Սյունակ 4. տեսակարար կշիռ (ρ=po)

Տեսակարար կշիռը (նաև կոչվում է խտություն) տրված է կՋ/կգ-ով: Այն ցույց է տալիս, թե քանի կիլոգրամ գոլորշի է պարունակվում 1 մ3 ծավալում։ Քանի որ ճնշումը մեծանում է, տեսակարար կշիռը մեծանում է: 6 բար ճնշման դեպքում 1 մ3 ծավալով գոլորշին ունի 3,17 կգ քաշ։ 10 բարում` արդեն 5,15 կգ, իսկ 25 բարում` 12,5 կգ-ից ավելի:

Սյունակ 5. Հագեցվածության էնթալպիա (h')

Եռման ջրի էթալպիան տրվում է կՋ/կգ-ով։ Այս սյունակի արժեքները ցույց են տալիս, թե որքան ջերմային էներգիա է անհրաժեշտ 1 կգ ջուրը որոշակի ճնշման տակ եռման վիճակի բերելու համար, կամ որքան ջերմային էներգիա է պարունակվում կոնդենսատում, որը միաժամանակ խտանում է 1 կգ գոլորշուց։ ճնշում. 1 բար ճնշման դեպքում եռացող ջրի տեսակարար էնթալպիան կազմում է 417,5 կՋ/կգ, 10 բարում՝ 762,6 կՋ/կգ, իսկ 40 բարում՝ 1087 կՋ/կգ։ Գոլորշի ճնշման ավելացման հետ մեկտեղ ջրի էթալպիան մեծանում է, և դրա մասնաբաժինը գոլորշու ընդհանուր էթալպիում անընդհատ աճում է: Սա նշանակում է, որ որքան բարձր է գոլորշիների ճնշումը, այնքան ավելի շատ ջերմային էներգիա է մնում կոնդենսատում:

Սյունակ 6. Ընդհանուր էթալպիա (h”)

Էնթալպիան տրվում է կՋ/կգ-ով: Աղյուսակի այս սյունակը ցույց է տալիս գոլորշու էթալպիայի արժեքները: Աղյուսակը ցույց է տալիս, որ էթալպիան աճում է մինչև 31 բար ճնշում և նվազում է ճնշման հետագա աճի հետ: 25 բար ճնշման դեպքում էթալպիայի արժեքը 2801 կՋ/կգ է։ Համեմատության համար նշենք, որ էթալպիայի արժեքը 75 բարում 2767 կՋ/կգ է:

Սյունակ 7. Գոլորշացման (խտացման) ջերմային էներգիա (r)

Գոլորշացման (խտացման) էթալպիան տրված է կՋ/կգ-ով։ Այս սյունակը տալիս է ջերմային էներգիայի այն քանակությունը, որն անհրաժեշտ է համապատասխան ճնշման տակ 1 կգ եռման ջրի ամբողջական գոլորշիացման համար: Եվ հակառակը՝ ջերմային էներգիայի այն քանակությունը, որն ազատվում է որոշակի ճնշման տակ (հագեցած) գոլորշու ամբողջական խտացման գործընթացում։

1 բարում r = 2258 կՋ/կգ, 12 բարում r = 1984 կՋ/կգ և 80 բարում r = ընդամենը 1443 կՋ/կգ: Ճնշման աճով գոլորշիացման կամ խտացման ջերմային էներգիայի քանակը նվազում է:

Կանոն.

Գոլորշի ճնշման աճով նվազում է եռացող ջրի ամբողջական գոլորշիացման համար պահանջվող ջերմային էներգիայի քանակը: Իսկ համապատասխան ճնշմամբ հագեցած գոլորշու խտացման գործընթացում ավելի քիչ ջերմային էներգիա է արտազատվում։

Քիմիական ռեակցիաների ընթացքում ջերմությունը ներծծվում կամ արտանետվում է շրջակա միջավայր: Քիմիական ռեակցիայի և շրջակա միջավայրի միջև այս ջերմափոխանակությունը կոչվում է էնթալպիա կամ H: Այնուամենայնիվ, անհնար է ուղղակիորեն չափել էնթալպիան, ուստի ընդունված է հաշվարկել շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի փոփոխությունը (նշվում է ∆H): ∆H-ը ցույց է տալիս, որ քիմիական ռեակցիայի ժամանակ ջերմություն է արտանետվում շրջակա միջավայր (էկզոտերմիկ ռեակցիա) կամ ջերմություն է ներծծվում (էնդոթերմիկ ռեակցիա)։ Էնթալպիան հաշվարկվում է հետևյալ կերպ. ∆H = m x s x ∆T, որտեղ m-ը ռեակտիվ նյութերի զանգվածն է, s-ը՝ ռեակցիայի արտադրանքի ջերմունակությունը, ∆T-ն՝ ռեակցիայի արդյունքում ջերմաստիճանի փոփոխությունը։

Քայլեր

Էնթալպիայի խնդիրների լուծում

Բացահայտեք ռեակցիայի ռեակտիվները և արտադրանքները:Ցանկացած քիմիական ռեակցիա ունի ռեակտիվներ և ռեակցիայի արտադրանք: ռեակցիայի արտադրանք ստեղծվածռեագենտների փոխազդեցության արդյունքում։ Այլ կերպ ասած, ռեակտիվները բաղադրատոմսի բաղադրիչներն են, իսկ ռեակցիայի արտադրանքը պատրաստի ուտեստն է: Ռեակցիայի ΔH-ը գտնելու համար անհրաժեշտ է իմանալ ռեակցիայի ռեակտիվները և արտադրանքները:

• Օրինակ՝ անհրաժեշտ է գտնել ջրածնից և թթվածնից ջրի առաջացման ռեակցիայի էթալպիան՝ 2H 2 (ջրածին) + O 2 (թթվածին) → 2H 2 O (ջուր): Այս արձագանքում Հ2Եվ O2- ռեագենտներ, և H2Oռեակցիայի արդյունքն է։

1. Որոշեք ռեակտիվների ընդհանուր զանգվածը:Հաջորդը, դուք պետք է հաշվարկեք ռեակտիվների զանգվածը: Եթե ​​դուք չեք կարող կշռել դրանք, ապա հաշվարկեք մոլեկուլային քաշը՝ իրականը գտնելու համար: Մոլեկուլային զանգվածը հաստատուն է, որը կարելի է գտնել Մենդելեևի պարբերական համակարգում կամ մոլեկուլների և միացությունների այլ աղյուսակներում։ Յուրաքանչյուր ռեակտիվ նյութի զանգվածը բազմապատկեք մոլերի քանակով:

   • Մեր օրինակում արձագանքող նյութերը՝ ջրածինը և թթվածինը, ունեն համապատասխանաբար 2 գ և 32 գ մոլեկուլային զանգված: Քանի որ մենք օգտագործում ենք 2 մոլ ջրածին (քիմիական ռեակցիայի գործակիցը H 2 ջրածնի դիմաց) և 1 մոլ թթվածին (O 2-ի դիմաց գործակիցի բացակայությունը նշանակում է 1 մոլ), ապա ռեակտիվների ընդհանուր զանգվածը կազմում է. հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.
     2 × (2 գ) + 1 × (32 գ) = 4 գ + 32 գ = 36 գ

2. Որոշեք արտադրանքի ջերմային հզորությունը:Հաջորդը, որոշեք ռեակցիայի արտադրանքի ջերմային հզորությունը: Յուրաքանչյուր մոլեկուլ ունի հատուկ ջերմային հզորություն, որը մշտական ​​է։ Գտե՛ք այս հաստատունը քիմիայի դասագրքի աղյուսակներում: Ջերմային հզորությունը չափելու մի քանի միավոր կա. Մեր հաշվարկներում մենք կօգտագործենք J/g°C:

   • Նկատի ունեցեք, որ եթե կան մի քանի ռեակցիայի արտադրանքներ, ապա ձեզ հարկավոր է հաշվարկել յուրաքանչյուրի ջերմային հզորությունը և այնուհետև դրանք գումարել՝ ամբողջ ռեակցիայի էթալպիան ստանալու համար:
   • Մեր օրինակում ռեակցիայի արդյունքը ջուրն է, որն ունի հատուկ ջերմություն 4.2 J/g°C.

3. Գտեք ջերմաստիճանի փոփոխությունը:Այժմ մենք կգտնենք ∆T - ջերմաստիճանի տարբերությունը ռեակցիայից առաջ և հետո: Մեկնարկային ջերմաստիճանից (T1) հանել ավարտի ջերմաստիճանը (T2): Ամենից հաճախ Քելվինի (K) սանդղակը օգտագործվում է քիմիայի խնդիրներում (չնայած Ցելսիուսի սանդղակը (°C) կտա նույն արդյունքը):

   • Մեր օրինակում ենթադրենք, որ ռեակցիայի սկզբնական ջերմաստիճանը եղել է 185 Կ, իսկ ռեակցիայից հետո դարձել է 95 Կ, ուստի ∆T-ն հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.
     ∆T = T2 – T1 = 95 K - 185 K = -90 հազար

4. Գտեք էնթալպիան՝ օգտագործելով ∆H = բանաձևը մ x ս x ∆T.Եթե ​​m-ը ռեակտիվ նյութերի զանգվածն է, s-ը՝ ռեակցիայի արտադրանքի ջերմունակությունը, իսկ ∆T-ն՝ ջերմաստիճանի փոփոխությունը, ապա կարելի է հաշվել ռեակցիայի էթալպիան։ Փոխարինեք արժեքները ΔH = բանաձևում մ x ս x ∆T և ստացե՛ք էնթալպիան: Արդյունքը հաշվարկվում է Joules (J):

   • Մեր օրինակում էթալպիան հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.
     ∆H = (36 գ) × (4.2 JK - 1 գ - 1) × (-90 Կ) = -13608 Ջ

5. Որոշեք, թե արդյոք էներգիան ազատվում է կամ կլանվում է դիտարկվող ռեակցիայի ընթացքում:Ամենատարածված պատճառներից մեկը, թե ինչու պետք է գործնականում հաշվարկել ∆H-ն, այն է, որ իմանանք, թե ռեակցիան կլինի էկզոթերմիկ (ջերմության արձակում և սեփական էներգիայի կրճատում) կամ էնդոթերմիկ (շրջակա միջավայրից ջերմություն կլանող և սեփական էներգիայի ավելացում): Եթե ​​∆H-ի արժեքը դրական է, ապա ռեակցիան էնդոթերմիկ է։ Եթե ​​բացասական է, ապա ռեակցիան էկզոթերմիկ է։ Որքան մեծ է ∆H-ի բացարձակ արժեքը, այնքան ավելի շատ էներգիա է արտազատվում կամ կլանում: Զգույշ եղեք, եթե պատրաստվում եք գործնական փորձ անցկացնել. էնթալպիական բարձր արժեք ունեցող ռեակցիաների ժամանակ կարող է առաջանալ էներգիայի մեծ արտանետում, իսկ եթե այն արագ ընթանա, կարող է հանգեցնել պայթյունի։

   • Մեր օրինակում վերջնական արդյունքը ստացվեց -13608 J: Էնթալպիական արժեքի դիմաց կա բացասական նշան, ինչը նշանակում է, որ ռեակցիան էկզոտերմիկ. Տաք գազերը (գոլորշու տեսքով) H 2 և O 2 պետք է որոշակի ջերմություն արձակեն ջրի մոլեկուլ առաջացնելու համար, այսինքն՝ H 2 O-ի առաջացման ռեակցիան էկզոթերմիկ է։

   Էնթալպիայի գնահատում

   1. Էնթալպիան գնահատելու համար հաշվարկեք կապի էներգիան:Գրեթե բոլոր քիմիական ռեակցիաները հանգեցնում են որոշ կապերի խզման և մյուսների առաջացմանը: Ռեակցիայի էներգիան ոչ մի տեղից չի առաջանում և չի քայքայվում. այն էներգիան է, որն անհրաժեշտ է այդ կապերը կոտրելու կամ ձևավորելու համար: Հետևաբար, ամբողջ ռեակցիայի էթալպիայի փոփոխությունը կարելի է բավականին ճշգրիտ գնահատել՝ գումարելով այդ կապերի էներգիաները։

      Էնթալպիան գնահատելու համար օգտագործեք առաջացման էթալպիան:Գոյացման էթալպիան հնարավորություն է տալիս հաշվարկել ∆H՝ հաշվելով ռեակտիվների և արգասիքների առաջացման ռեակցիաները։ Եթե ​​հայտնի է ռեակցիայի արտադրանքների և ռեակտիվների առաջացման էթալպիան, ապա դուք կարող եք գնահատել էթալպիան որպես ամբողջություն՝ հավելումով, ինչպես վերը քննարկված էներգիայի դեպքում:

   2. Մի մոռացեք նշանների մասին էթալպիական արժեքներից առաջ:Ձևավորման էթալպիան հաշվարկելիս դուք հակադարձում եք արտադրանքի ռեակցիայի էթալպիան որոշելու բանաձևը, և ​​էթալպիայի նշանը պետք է փոխվի: Այլ կերպ ասած, եթե դուք հակադարձում եք բանաձեւը, ապա էնթալպիայի նշանը պետք է փոխվի հակառակը:

      • Օրինակում նշեք, որ C 2 H 5 OH արտադրանքի առաջացման ռեակցիան գրված է հետընթաց: C 2 H 5 OH → 2C + 3H 2 + 0.5O 2, այսինքն, C 2 H 5 OH քայքայվում է, չի սինթեզվում: Ուստի նման ռեակցիայում էթալպիայից առաջ նշանը դրական է՝ 228 կՋ/մոլ, թեև C 2 H 5 OH-ի առաջացման էթալպիան -228 կՋ/մոլ է։

   Փորձի ընթացքում էնթալպիայի դիտարկումը

   1. Վերցրեք մաքուր տարա և ջուր լցրեք դրա մեջ։Դժվար չէ գործի մեջ տեսնել էնթալպիայի սկզբունքները՝ բավական է մի պարզ փորձ անցկացնել։ Անհրաժեշտ է, որ փորձի արդյունքը չազդի օտարերկրյա աղտոտիչների վրա, ուստի տարան պետք է լվացվի և ստերիլիզացվի: Էնթալպիան չափելու համար գիտնականները օգտագործում են հատուկ փակ տարաներ, որոնք կոչվում են կալորիմետրեր, սակայն ապակե բաժակը կամ կոլբը լավ է ձեզ համար: Տարան լցրեք մաքուր ծորակի ջրով սենյակային ջերմաստիճանում: Ցանկալի է փորձն անցկացնել զով սենյակում։

      • Փորձի համար ցանկալի է օգտագործել փոքր տարա։ Մենք կդիտարկենք Ալկա-Սելցերի հետ ջրի ռեակցիայի էթալպիան, այնպես որ որքան քիչ ջուր օգտագործվի, այնքան ավելի ակնհայտ կլինի ջերմաստիճանի փոփոխությունը: