Hur man beräknar en kemisk reaktion

Under någon kemisk reaktion kan värme antingen tas in från miljön eller släppas ut i den. Värmeväxlingen mellan en kemisk reaktion och dess miljö är känd som reaktionsentalen eller H. Men kan inte mätas direkt - istället använder forskare förändra i temperaturen av en reaktion över tiden för att hitta förändra i Enthalpy över tiden (betecknad som Δh). Med Δh kan en forskare bestämma huruvida en reaktion avger värme (eller "är exotermisk") eller tar i värme (eller "är endotermisk"). I allmänhet, ΔH = m x s x Δt, där m är reaktansmassan är S den specifika värmen hos produkten, och ΔT är temperaturförändringen från reaktionen.

Steg

Metod 1 av 3:
Lösning av enthalpyproblem
  1. Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion steg 1
1. Bestäm din reaktions produkter och reaktanter. Varje kemisk reaktion involverar två kategorier av kemikalier - produkter och reaktanter. Produkter är kemikalierna skapad genom reaktionen, medan reaktanter är de kemikalier som interagera, kombinera eller bryta ner att göra produkten. Med andra ord är reaktanterna av en reaktion som ingredienserna i ett recept, medan produkterna är som den färdiga maträtten. För att hitta Δh för en reaktion, identifiera först sina produkter och reaktanter.
  • Som ett exempel, låt oss säga att vi vill hitta reaktionens enthalpi för bildandet av vatten från väte och syre: 2H2 (Väte) + o2 (Syre) → 2H2O (vatten). I denna ekvation, H2 och O2 är reaktanterna och H2O är produkten.
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 2
    2. Bestäm den totala massan av reaktanterna. Därefter hittar du massorna av dina reaktanter. Om du inte känner till sina massor och inte kan väga reaktanterna i en vetenskaplig balans kan du använda sina molära massor för att hitta sina faktiska massor. Molarmassor är konstanter som finns på standardperiodiska tabeller (för enskilda element) och i andra kemiska resurser (för molekyler och föreningar). Helt enkelt multiplicera den molära massan av varje reaktant med antalet moler som används för att hitta reaktanternas massor.
  • I vårt vattenexempel är våra reaktanter väte och syrgaser, som har molarmassor av 2 g respektive 32 g. Eftersom vi använde 2 mol väte (undertecknad av "2" koefficient i ekvationen bredvid h2) och 1 mol syre (betecknad med ingen koefficient bredvid o2), vi kan beräkna den totala massan av reaktanterna enligt följande:
    2 × (2g) + 1 × (32 g) = 4g + 32 g = 36g
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 3
    3. Hitta den specifika värmen i din produkt. Därefter hittar du den specifika värmen i den produkt du analyserar. Varje element eller molekyl har ett specifikt värmevärde associerat med det: Dessa värden är konstanter och är vanligtvis belägna i kemi resurser (som till exempel i tabeller på baksidan av en kemi lärobok). Det finns flera olika sätt att mäta specifik värme, men för vår formel använder vi värde mätt i enheterna Joule / Gram ° C.
  • Observera att om din ekvation har flera produkter, måste du utföra Enthalpy-beräkningen för komponentreaktionen som används för att producera varje produkt, sedan tillsätt dem för att hitta entalpy för hela reaktionen.
  • I vårt exempel är slutprodukten vatten, som har en specifik värme av omkring 4.2 Joule / Gram ° C.
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 4
    4. Hitta skillnaden i temperatur efter reaktionen. Därefter hittar vi ΔT, temperaturförändringen från före reaktionen till efter reaktionen. Subtrahera den ursprungliga temperaturen (eller t1) av reaktionen från den slutliga temperaturen (eller T2) för att beräkna detta värde. Som i de flesta kemiarbetet ska Kelvin (K) temperaturer användas här (även om Celsius (C) kommer att ge samma resultat).
  • För vårt exempel, låt oss säga att vår reaktion var 185k vid sin början men hade kylt till 95k när den slutade. I det här fallet skulle ΔT beräknas enligt följande:
    ΔT = T2 - T1 = 95K - 185K = -90k
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 5
    5. Använd formeln Δh = m x s x Δt att lösa. När du har m, massan av dina reaktanter, s, den specifika värmen i din produkt och Δt, temperaturen ändras från din reaktion, är du beredd att hitta reaktionens enthalpi. Anslut bara dina värden till formeln Ah = m x s x Δt och multiplicera för att lösa. Ditt svar kommer att vara i enheten av energiloules (J).
  • För vårt exempelproblem skulle vi hitta reaktionens enthalpiska enligt följande:
    ΔH = (36g) × (4.2 jk-1 g-1) × (-90k) =-13,608 J
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 6
    6. Bestäm om din reaktion får eller förlorar energi. En av de vanligaste orsakerna till att ΔH beräknas för olika reaktioner är att bestämma huruvida reaktionen är exoterm (förlorar energi och avger värme) eller endotermisk (vinster energi och absorberar värme). Om tecknet på ditt slutliga svar för Δh är positivt är reaktionen endoterm. Å andra sidan, om tecknet är negativt, är reaktionen exoterm. Ju större numret är, desto mer exo- eller endo-termisk reaktion är. Akta dig starkt exoterma reaktioner - dessa kan ibland beteckna en stor frisättning av energi, vilket, om det är tillräckligt snabbt, kan orsaka explosion.
  • I vårt exempel är vårt sista svar -13608 J. Eftersom tecknet är negativt vet vi att vår reaktion är exotermisk. Detta är vettigt - H2 och o2 är gaser, medan h2O, produkten, är en vätska. De heta gaserna (i form av ånga) måste frigöra energi i miljön i form av värme för att svalna till den punkt som de kan bilda flytande vatten, vilket innebär att bildandet av h2O är exoterm.
    • Metod 2 av 3:
    Uppskattande enthalpy
    1. Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 7
    1. Använd Bond Energies för att uppskatta Enthalpy. Nästan alla kemiska reaktioner involverar bildning eller brytning av bindningar mellan atomer. Eftersom, i en kemisk reaktion, kan varken förstöras eller skapas, om vi vet att den energi som krävs för att bilda eller bryta de obligationer som görs (eller brutna) i reaktionen, kan vi uppskatta Enthalpy-förändringen för hela reaktionen med hög noggrannhet Genom att lägga till dessa bindningsenergier.
    • Till exempel, låt oss överväga reaktionen h2 + F2 → 2hf. I det här fallet krävs den energi för att bryta H-atomerna i H2 Molekylen är 436 kJ / mol, medan den energi som krävs för f2 är 158 kJ / mol. Slutligen behövs den energi som behövs för att bilda HFFROM H och F är = -568 kJ / mol. Vi multiplicerar detta med 2 eftersom produkten i ekvationen är 2HF, vilket ger oss 2 × -568 = -1136 kj / mol. Lägga till dessa alla upp, vi får:
      436 + 158 + -1136 = -542 kJ / mol.
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 8
    2. Använd entalpier av bildning för att uppskatta entalpy. Enthalpier av bildning är inställda Δh-värden som representerar de entaliga förändringarna från reaktioner som används för att skapa givna kemikalier. Om du känner till de antalpier som krävs för att skapa produkter och reaktanter i en ekvation, kan du lägga till dem för att uppskatta Enthalpy mycket som du skulle med Bond Energies som beskrivits ovan.
  • Låt oss till exempel överväga reaktionen C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3h2O. I det här fallet känner vi till bildandet av bildandet för följande reaktioner:
    C2H5Åh → 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
    Eftersom vi kan lägga till dessa ekvationer upp till Getc2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3h2O, den reaktion vi försöker hitta enthalpyen för, vi kan helt enkelt lägga upp enthalpierna i formationsreaktionerna ovan för att hitta den här reaktens enthalpi enligt följande:
    228 + -788 + -858 = -1418 kJ / mol.
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 9
    3. Glöm inte att byta tecken när du vänder mot ekvationer. Det är viktigt att notera att när du använder entralpier för att beräkna en reaktions enthalpi, måste du vända tecknet på entalpy av bildning när du vänder mot komponentreaktionens ekvation. Med andra ord, om du måste vända en eller flera av dina bildningsreaktionsekvationer bakåt för att få alla dina produkter och reaktanter att avbryta ordentligt, omvänd skylten på de bildande reaktionsens entalpier som du var tvungen att vända.
  • I exemplet ovan, märk att den formationsreaktion vi använder för C2H5Åh är bakåt. C2H5Åh → 2c + 3h2 + 0.5o2 visar c2H5Åh bryta ner, inte bildas. Eftersom vi vände ekvationen runt för att få alla produkter och reaktanter att avbryta ordentligt, vände vi skylten på bildens enthalpi för att ge oss 228 kJ / mol. I verkligheten, entalpy av formation för c2H5Åh är -228 kJ / mol.
    • Metod 3 av 3:
    Observera entalpy förändras experimentellt
    1. Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion steg 10
    1. Ta en ren behållare och fyll den med vatten. Det är lätt att se principerna om entalpy i aktion med ett enkelt experiment. För att se till att reaktionen i ditt experiment kommer att äga rum utan utländsk kontaminering, ren och sterilisera behållaren som du planerar att använda. Forskare använder speciella slutna behållare som kallas kalorimetrar för att mäta entalpy, men du kan uppnå rimliga resultat med någon liten glasburk eller kolv. Oavsett behållaren du använder, fyll den med ren, rumstemperaturkranvatten. Du vill också göra reaktionen någonstans inomhus med en cool temperatur.
    • För detta experiment vill du ha en ganska liten behållare. Vi testar de enthalpy-förändrande effekterna av Alka-Seltzer på vatten, så det mindre vattnet som används, desto mer uppenbart är temperaturförändringen att vara.
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av ett kemiskt reaktionssteg 11
    2. Sätt in en termometer i behållaren. Ta en termometer och sätt den i behållaren så att temperaturläsningsänden sitter under vattennivån. Ta en temperaturavläsning av vattnet - för våra ändamål kommer vattentemperaturen att representera T1, reaktionens ursprungliga temperatur.
  • Låt oss säga att vi mäter temperaturen på vattnet och tycker att det är exakt 10 grader c. I några steg använder vi denna provtemperaturavläsning för att visa huvudmännen för Enthalpy.
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion steg 12
    3. Lägg till en Alka-Seltzer-tablett till behållaren. När du är redo att starta experimentet, släpp en enda Alka-Seltzer-tablett i vattnet. Du bör märka att det omedelbart börjar bubbla och fizz. När tabletten löser sig i vattnet bryts det ner i kemikalierna bikarbonat (HCO3) och citronsyra (som reagerar i form av vätejoner, H). Dessa kemikalier reagerar för att bilda vatten och koldioxidgas i reaktionen 3HCO3 + 3H → 3H2O + 3co2.
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion Steg 13
    4. Mät temperaturen när reaktionen avslutas. Övervaka reaktionen när den fortsätter - Alka-Seltzer-tabletten ska gradvis lösa upp. Så snart tabletten avslutar sin reaktion (eller verkar ha saktat till en krypning), mäta temperaturen igen. Vattnet ska vara lite kallare än tidigare. Om det är varmare kan experimentet ha påverkats av en yttre kraft (som till exempel om rummet du är i är särskilt varmt).
  • För vårt exempelexperiment, låt oss säga att temperaturen på vattnet är 8 grader C efter att tabletten har slutat fizzing.
  • Bild med titeln Beräkna Enthalpy av en kemisk reaktion steg 14
    5. Uppskatta reaktionens enthalpi. I ett idealiskt experiment, när du lägger till Alka-Seltzer-tabletten till vattnet, bildar det vatten och koldioxidgas (den senare kan observeras som fizzande bubblor) och orsakar temperaturen på vattnet att falla. Från denna information skulle vi förvänta oss att reaktionen är endotermisk - det vill säga en som absorberar energi från den omgivande miljön. De upplösta flytande reaktanterna behöver extra energi för att göra hoppet till den gasformiga produkten, så det tar energi i form av värme från dess omgivning (i detta fall vatten). Detta gör vattnets temperaturfall.
  • I vårt examensexperiment föll vattnets temperatur två grader efter tillsats av Alka-Seltzer. Detta överensstämmer med den typ av mildt endotermisk reaktion som vi förväntar oss.

    • Tips

    Dessa beräkningar görs med användning av Kelvin (K) - en skala för temperaturmätning precis som Celsius. För att konvertera mellan Celsius och Kelvin lägger du helt enkelt till eller subtraherar 273 grader: k = ° C + 273.
    Dela på det sociala nätverket:
    Liknande