重庆时时彩走势图:怎么樣計算化學反應的焓 應該怎么做?

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在化學反應過程中,反應要么吸收環境中的熱量,要么向環境釋放熱量?;Х從τ肫浠肪持浣械娜攘拷換槐懷莆?,通常用H表示。但是,H無法直接測量,科學家會利用反應溫度隨時間的“變化”來計算焓隨時間的“變化”,后者用’’’?H’’’表示。知道?H后,科學家就能判斷一個反應是在釋放熱量還是在吸收熱量。釋放熱量被稱為“放熱”,而吸收熱量被稱為“吸熱”。通常情況下,?H = m x s x ?T,其中m是反應物的質量,s是生成物的比熱,而?T是反應溫度的變化。

1解焓值問題

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 1為標題的圖片

1確定反應的生成物和反應物。任何化學反應都涉及兩種化學物質,即生成物和反應物。生成物是反應“生成”的化學物質,而反應物是通過“相互作用、組合或分解”,來生成生成物的化學物質?;歡災?,化學反應的反應物就像食譜中的原料,而生成物就像做好的菜肴。要計算反應的?H,首先需要確定反應的生成物和反應物。

例如,假設我們要計算氫氣和氧氣生成水的反應焓:2H2 (氫氣) + O2 (氧氣) → 2H2O (水)。方程式中,H2O2是反應物,而H2O是生成物。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 2為標題的圖片

2確定反應物的總質量。下一步需要計算反應物的質量。如果不知道它們的質量,也無法稱量反應中的反應物,你可以使用它們的摩爾質量來計算它們的真實質量。查詢標準的元素周期表或關于分子和化合物的其他化學資料,可以找到摩爾質量。只需用每種反應物的摩爾質量乘以消耗的反應物摩爾數,就能算出反應物的質量。

在水的例子中,反應物是氧氣和氫氣,它們的摩爾質量分別為2g和32g。由于方程式中H2旁邊的系數為“2”,而O2旁邊沒有系數,所以反應中會用掉2摩爾的氫氣和1摩爾的氧氣,因此,反應物總質量的計算過程如下:

2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 3為標題的圖片

3找出生成物的比熱。下一步需要找出你分析的生成物的比熱。每個元素或分子都有一個與之相關的比熱值:這些值是常數,通??梢栽諢Э偽競蟮謀碭裰謝蚱淥ё柿現脅櫚?。比熱有幾種不同的度量方式,本公式中,我們會使用以J/(g? °C)為單位的比熱值。

注意,如果方程式有多種生成物,那么你必須對生成各生成物的組分反應進行焓計算,然后將它們加總,算出整個反應的焓。

本示例中,最終生成物是水,它的比熱約為4.2 J/(g? °C)。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 4為標題的圖片

4計算反應前后的溫度差。下一步我們需要計算?T,也就是反應前后的溫度變化。用反應的初始溫度T1減去反應的最終溫度T2,來算出?T。和大多數化學計算一樣,此處應該使用開爾文(K)溫度,但使用攝氏(C)溫度也會得到同樣的結果。

在本示例中,假設一開始的反應溫度是185K,反應結束時的溫度是95K。這種情況下,?T的計算過程如下:

?T = T2 – T1 = 95K – 185K = -90K。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 5為標題的圖片

5使用公式?H = m x s x ?T來求解。 知道反應物的質量m、生成物的比熱s,以及反應的溫度變化?T后,你就能算出反應焓了。只需將它們的值代入到公式?H = m x s x ?T中,做乘法就可以了。答案的單位將是能量單位焦耳(J)。

在本例題中,反應焓的計算過程如下:

?H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K ) = -13,608 J。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 6為標題的圖片

6判斷反應是失去能量還是獲得能量。之所以要計算各種反應的?H,大部分情況下是為了確定反應是放熱的還是吸熱的,前者會失去能量并釋放熱量,而后者會獲得能量并吸收熱量。如果?H的最終答案是正數,那么反應就是吸熱反應。反之,如果答案是負數,那么反應就是放熱反應。數字越大,表示反應釋放或吸收的熱量越多。對強放熱反應要多加小心,它們有時會釋放出大量能量,如果釋放的速度足夠快,可能引起爆炸。

本例題中,我們的最終答案是-13608 J,由于是負數,所以我們知道反應是放熱反應。這是合理的,因為H2和O2是氣體,而生成物H2O是液體。蒸汽形式的高溫氣體需要以熱量的形式向環境釋放能量,冷卻到能夠形成液體水的溫度,這意味著形成H2O的過程是放熱過程。

2估算焓值

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 7為標題的圖片

1使用鍵能來估算焓值。幾乎所有化學反應都涉及到原子間鍵的形成或斷裂。由于化學反應中的能量既不會憑空消失也不會憑空出現,所以,如果知道反應中形成鍵或破壞鍵所需要的能量,我們就能將這些鍵能相加,非常準確地估算出整個反應的焓變。

讓我們以反應H2 + F2 → 2HF為例。在該反應中,破壞H2分子中的H原子所需要的能量是436 kJ/mol,而F2所需要的能量是158 kJ/mol。[1]最后,H和F形成HF所需的能量等于-568 kJ/mol。[2]由于方程式中的生成物是2HF,所以我們需要乘以2,即2 × -568 = -1136 kJ/mol。將所有值相加求和,得到:

436 + 158 + -1136 = -542 kJ/mol。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 8為標題的圖片

2使用生成焓來估算焓值。生成焓是固定的?H值,它代表生成特定化學物質所用的反應焓變。如果知道生成方程式中的生成物和反應物所需的生成焓,你可以將它們相加,來估算焓值,其方法與上文所述的鍵能方法非常類似。

讓我們以反應C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O為例。在該反應中,我們知道如下反應的生成焓:[3]

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

由于將這些方程式相加后可以得到C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O,正是我們想要計算焓值的方程式,所以我們只需將以上反應的生成焓相加,就能算出該反應的焓值,計算過程如下:

228 + -788 + -858 = -1418 kJ/mol。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 9為標題的圖片

3顛倒方程式時不要忘了改變符號。一定要注意,使用生成焓來計算反應的焓值時,只要顛倒了組分反應的方程式,就需要改變生成焓的符號?;歡災?,如果為了得到所有生成物和反應物,以便將它們約去,你顛倒了一個或多個生成反應方程式,那么你必須改變這些生成反應方程式焓值的符號。

你應該注意到了,在之前的示例中,我們為C2H5OH而使用的生成反應是顛倒的。C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2展示的是C2H5OH的分解過程,而不是它的形成過程。由于為了得到所有生成物和反應物,以便將它們約去,我們顛倒了方程式,所以我們必須改變生成焓的符號,得到228 kJ/mol。實際上,C2H5OH的生成焓等于-228 kJ/mol。

3實驗觀察焓變

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 10為標題的圖片

1找一個干凈的容器,裝滿水。通過一個簡單的實驗,我們很容易看出焓的作用原理。為了確保實驗反應發生時不受到任何外來污染物的影響,請清潔計劃使用的容器,并進行消毒??蒲Ъ一崾褂靡恢直懷莆傲咳燃啤鋇奶厥餉鼙杖萜骼床飭快手?,但使用小玻璃杯和燒瓶來做實驗,你也能得到合理的結果。無論使用什么容器,用干凈的室溫自來水裝滿容器。你應該在室內某個溫度較低的地方來進行反應。

本實驗需要一個非常小的容器。我們會測試泡騰片的焓變效應,所以用的水越少,溫度的改變就越明顯。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 11為標題的圖片

2將溫度計插入容器中。找一支溫度計,把它放入容器,使玻璃泡位于水平面以下。讀出水的溫度,就本實驗而言,水的溫度就是反應的初始溫度T1。

假設我們測量水的溫度,發現剛好等于10攝氏度。稍后我們會用溫度計樣本讀數來說明焓的原理。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 12為標題的圖片

3將泡騰片放入容器中。做好開始實驗的準備后,放一片泡騰片到水中。你會發現它立即開始鼓泡并發出嘶嘶聲。隨著泡騰片在水中溶解,它會分解成碳酸氫鹽HCO3-和檸檬酸,檸檬酸會以氫離子H+的形式發生反應。這些化學物質會在3HCO3? + 3H+ → 3H2O + 3CO2反應中成水和二氧化碳氣體。

以Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction Step 13為標題的圖片

4反應完成后測量溫度。監控反應過程,泡騰片應該會逐漸溶解。泡騰片反應結束后,或反應速度邊得很慢后,再次測量溫度。水的溫度應該比之前稍低一點。如果水溫升高,那么實驗可能是受到外部因素的影響,例如所在房間的溫度過高。

本實驗中,假設泡騰片起泡結束后水的溫度是8攝氏度。

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5估算反應的焓值。在理想的實驗中,將泡騰片加入水中時,它會生成水和氣泡形式的二氧化碳氣體,并導致水溫下降。根據這些信息,我們預計反應是吸熱反應,即從周圍環境中吸收能量的反應。溶解的液態反應物需要額外的能量才能變成氣態生成物,所以它會以熱量的形式從周圍的環境中吸收能量,在本反應中,周圍的環境就是水。這會讓水溫下降。

本實驗中,加入泡騰片后水溫下降了兩度。這與我們預計的溫和吸熱反應表現一致。

小提示

這些計算使用的是開爾文(K)溫度,和攝氏度一樣,開爾文是溫度計量單位。要在攝氏度和開爾文之間轉換,只需要加上或減去273度就可以了:K = °C + 273。

參考

↑ //www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/heatreac.html↑ //www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/heatreac.html↑ //www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/heatreac.html

//www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/heatreac.html

//www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/chemener.html#enthalpy

//www.iun.edu/~cpanhd/C101webnotes/matter-and-energy/specificheat.html

//education.seattlepi.com/delta-h-represent-chemistry-3557.html

https://www.chem.tamu.edu/class/majors/tutorialnotefiles/enthalpy.htm

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