Comment calculer l`enthalpie d`une réaction chimique

Au cours de toute réaction chimique, la chaleur peut être utilisée de l`environnement ou de la libération de la chaleur. L`échange de chaleur entre une réaction chimique et son environnement est appelé enthalpie de réaction, ou h. Cependant, h ne peut pas être mesuré directement - à la place, les scientifiques utilisent la monnaie à la température d`une réaction au fil du temps pour trouver la monnaie dans l`enthalpie au fil du temps (noté comme ΔH). Avec ΔH, un scientifique peut déterminer si une réaction dégage de la chaleur (ou "est exothermique"ou prend la chaleur (ou "est endothermique"). En général, ΔH = m X s x ΔT, où m est la masse des réactifs, S est la chaleur spécifique du produit et ΔT est le changement de température de la réaction.

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Méthode 1 de 3:
Résoudre les problèmes d`enthalpie
  1. Image intitulée Calculer l`enthalpie d`une réaction chimique étape 1
1. Déterminer vos produits et réactifs de votre réaction. Toute réaction chimique implique deux catégories de produits chimiques - produits et réactifs. Les produits sont les produits chimiques créé par la réaction, alors que les réactifs sont les produits chimiques qui interagir, combiner ou tomber en panne faire le produit. En d`autres termes, les réactifs d`une réaction sont comme les ingrédients d`une recette, tandis que les produits sont comme le plat fini. Pour trouver ΔH pour une réaction, d`abord identifier ses produits et réactifs.
  • Par exemple, disons que nous voulons trouver l`enthalpie de réaction pour la formation d`eau d`hydrogène et d`oxygène: 2h2 (Hydrogène) + o2 (Oxygène) → 2h2O (eau). Dans cette équation, H2 et O2 sont les réactifs et H2O est le produit.
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    2. Déterminer la masse totale des réactifs. Ensuite, trouvez les masses de vos réactifs. Si vous ne connaissez pas leurs masses et que vous ne connaissez pas les réactifs dans un équilibre scientifique, vous pouvez utiliser leurs masses molaires pour trouver leurs masses réelles. Les masses molaires sont des constantes qui se trouvent sur des tables périodiques standard (pour des éléments individuels) et dans d`autres ressources de chimie (pour les molécules et les composés). Multiplier simplement la masse molaire de chaque réactif par le nombre de moles utilisées pour trouver les masses des réactifs.
  • Dans notre exemple d`eau, nos réactifs sont des gaz d`hydrogène et d`oxygène, qui ont respectivement des masses molaires de 2g et 32 ​​g, respectivement. Puisque nous avons utilisé 2 moles d`hydrogène (signifiées par le "2" coefficient dans l`équation à côté de h2) et 1 mole d`oxygène (signifié par aucun coefficient à côté de O2), nous pouvons calculer la masse totale des réactifs comme suit:
    2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32G = 36g
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    3. Trouvez la chaleur spécifique de votre produit. Ensuite, trouvez la chaleur spécifique du produit que vous analysez. Chaque élément ou molécule a une valeur thermique spécifique associée à celle-ci: ces valeurs sont des constantes et sont généralement situées dans des ressources de chimie (comme, par exemple, dans des tables à l`arrière d`un manuel de chimie). Il existe différentes manières de mesurer la chaleur spécifique, mais pour notre formule, nous utiliserons la valeur mesurée dans les unités Joule / Gram ° C.
  • Notez que si votre équation comporte plusieurs produits, vous devrez effectuer le calcul de l`enthalpie pour la réaction de composants utilisée pour produire chaque produit, puis les ajouter à trouver l`enthalpie pour toute la réaction.
  • Dans notre exemple, le produit final est de l`eau, ce qui a une chaleur spécifique d`environ 4.2 Joule / Gram ° C.
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    4. Trouver la différence de température après la réaction. Ensuite, nous trouverons ΔT, le changement de température d`avant la réaction après la réaction. Soustrayez la température initiale (ou T1) de la réaction de la température finale (ou T2) pour calculer cette valeur. Comme dans la plupart des travaux de chimie, les températures de Kelvin (k) doivent être utilisées ici (bien que Celsius (c) donnera les mêmes résultats).
  • Pour notre exemple, disons que notre réaction était de 185k à son début, mais avait refroidi à 95k au moment où il a terminé. Dans ce cas, ΔT serait calculé comme suit:
    ΔT = T2 - T1 = 95K - 185K = -90k
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    5. Utilisez la formule ΔH = m X s x ΔT à résoudre. Une fois que vous avez m, la masse de vos réactifs, S, la chaleur spécifique de votre produit, et ΔT, la température change de votre réaction, vous êtes prêt à trouver l`enthalpie de réaction. Branchez simplement vos valeurs dans la formule ΔH = m X s x ΔT et multipliez pour résoudre. Votre réponse sera dans l`unité d`énergie Joules (J).
  • Pour notre exemple de problème, nous trouverons l`enthalpie de réaction comme suit:
    ΔH = (36g) × (4.2 JK-1 G-1) × (-90k) =-13,608 j
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    6. Déterminer si votre réaction gagne ou perd de l`énergie. L`une des raisons les plus courantes que ΔH est calculée pour diverses réactions consiste à déterminer si la réaction est exothermique (perd de l`énergie et dégage de la chaleur) ou endothermique (gagne de l`énergie et absorbe la chaleur). Si le signe de votre réponse finale pour ΔH est positif, la réaction est endothermique. D`autre part, si le signe est négatif, la réaction est exothermique. Plus le nombre est élevé, plus la réaction est exo- ou endo-thermique. Méfiez-vous de réactions fortement exothermiques - celles-ci peuvent parfois signifier une grande libération d`énergie qui, si suffisamment rapide, peut provoquer une explosion.
  • Dans notre exemple, notre réponse finale est -13608 J. Depuis que le signe est négatif, nous savons que notre réaction est exothermique. Cela a du sens - h2 et o2 sont des gaz, tandis que h2O, le produit est un liquide. Les gaz chauds (sous forme de vapeur) doivent libérer de l`énergie dans l`environnement sous forme de chaleur pour refroidir au point qu`ils peuvent former de l`eau liquide, ce qui signifie que la formation de H2O est exothermique.
    • Méthode 2 de 3:
    Estimation de l`enthalpie
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    1. Utilisez des énergies de liaison pour estimer l`enthalpie. Presque toutes les réactions chimiques impliquent de former ou de rompre des liaisons entre atomes. Étant donné que, dans une réaction chimique, l`énergie ne peut être ni détruite ni créée, si nous connaissons l`énergie requise pour former ou casser les obligations en réaction (ou cassées) dans la réaction, nous pouvons estimer le changement d`enthalpie pour toute la réaction avec une grande précision avec une précision élevée. En ajoutant ces énergies de liaison.
    • Par exemple, considérons la réaction h2 + F2 → 2hf. Dans ce cas, l`énergie requise pour casser les atomes H dans le H2 molécule à part est de 436 kj / mol, tandis que l`énergie requise pour f2 est 158 ​​kj / mol. Enfin, l`énergie nécessaire pour former HFFROM H et F est = -568 kj / mol. Nous le multiplie par 2 parce que le produit de l`équation est 2HF, nous donnant 2 × -568 = -1136 kJ / mol. Ajoutez tout cela, nous obtenons:
      436 + 158 + -1136 = -542 kJ / mol.
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    2. Utilisez des enthalpies de formation pour estimer l`enthalpie. Les enthalpions de la formation sont définis les valeurs ΔH qui représentent les changements d`enthalpie des réactions utilisées pour créer des produits chimiques donnés. Si vous connaissez les enthousiasme de la formation requise pour créer des produits et des réactifs dans une équation, vous pouvez les ajouter à estimer l`enthalpie autant que vous le feriez avec des énergies liées telles que décrites ci-dessus.
  • Par exemple, considérons la réaction c2H5Oh + 3o2 → 2CO2 + 3h2O. Dans ce cas, nous connaissons les enthousiastes de la formation des réactions suivantes:
    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
    Puisque nous pouvons ajouter ces équations jusqu`à GETC2H5Oh + 3o2 → 2CO2 + 3h2O, la réaction que nous essayons de trouver l`enthalpie pour, nous pouvons simplement ajouter les enthousiasmes des réactions de formation ci-dessus pour trouver l`enthalpie de cette réaction comme suit:
    228 + -788 + -858 = -1418 kj / mol.
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    3. N`oubliez pas de changer de signalisation lorsque vous inversez les équations. Il est important de noter que lorsque vous utilisez des enthalpions de formation pour calculer l`enthalpie d`une réaction, vous devez inverser le signe de l`enthalpie de formationQuant qui vous inversez l`équation de la réaction de composant. En d`autres termes, si vous devez transformer une ou plusieurs des équations de réaction de formation à l`envers afin d`obtenir tous vos produits et réactifs pour annuler correctement, inversez le panneau sur les enthousiasme des réactions de formation que vous avez dû retourner.
  • Dans l`exemple ci-dessus, remarquez que la réaction de formation que nous utilisons pour c2H5Oh est en arrière. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5o2 montre c2H5Oh briser, ne pas être formé. Parce que nous avons transformé l`équation autour afin d`obtenir tous les produits et réactifs à annuler correctement, nous avons inversé le signe sur l`enthalpie de formation pour nous donner 228 kj / mol. En réalité, l`enthalpie de formation pour c2H5Oh est -228 kj / mol.
    • Méthode 3 sur 3:
    Observer les changements d`enthalpie expérimentalement
    1. Image intitulée Calculez l`enthalpie d`une étape de réaction chimique 10
    1. Prenez un conteneur propre et remplissez-le d`eau. Il est facile de voir les principes d`enthalpie en action avec une expérience simple. Pour vous assurer que la réaction dans votre expérience aura lieu sans aucune contamination étrangère, nettoyez et stérilisez le conteneur que vous envisagez d`utiliser. Les scientifiques utilisent des conteneurs spéciaux fermés appelés calorimètes pour mesurer l`enthalpie, mais vous pouvez obtenir des résultats raisonnables avec n`importe quel petit bocal de verre ou fiole. Quel que soit le conteneur que vous utilisez, remplissez-le d`eau du robinet propre et de température ambiante. Vous voudrez également mener la réaction quelque part à l`intérieur avec une température fraîche.
    • Pour cette expérience, vous voudrez un conteneur assez petit. Nous allons tester les effets d`Alka-selzeur de l`enthalpie sur l`eau, de sorte que moins l`eau utilisée, plus le changement de température sera évident sera évident.
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    2. Insérez un thermomètre dans le conteneur. Saisissez un thermomètre et réglez-le dans le conteneur de sorte que l`extrémité de la température est située sous le niveau de l`eau. Prenez une lecture de la température de l`eau - à nos fins, la température de l`eau représentera T1, la température initiale de la réaction.
  • Disons que nous mesurons la température de l`eau et trouvons que c`est exactement 10 degrés c. En quelques étapes, nous utiliserons cette lecture de la température de l`échantillon pour démontrer les principes de l`enthalpie.
  • Image intitulée Calculez l`enthalpie d`une réaction chimique étape 12
    3. Ajoutez une tablette Alka-Seltzer au conteneur. Lorsque vous êtes prêt à démarrer l`expérience, déposez une seule tablette Alka-Seltzer dans l`eau. Vous devriez le remarquer immédiatement commencer à bulles et à la fizz. Comme la tablette se dissout dans l`eau, elle tombe dans le bicarbonate de produits chimiques (HCO3) et acide citrique (qui réagit sous la forme d`ions hydrogène, h). Ces produits chimiques réagissent pour former de l`eau et du dioxyde de carbone dans la réaction 3HCO3 + 3h → 3h2O + 3CO2.
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    4. Mesurer la température lorsque la réaction se termine. Surveiller la réaction comme il se poursuit - la tablette Alka-Seltzer devrait se dissoudre progressivement. Dès que la tablette termine sa réaction (ou semble avoir ralenti à un crawl), mesurer à nouveau la température. L`eau devrait être légèrement plus froide qu`avant. Si c`est plus chaud, l`expérience peut avoir été affectée par une force extérieure (comme, par exemple, si la chambre que vous êtes est particulièrement chaleureuse).
  • Pour notre exemple expérience, disons que la température de l`eau est de 8 degrés C après que la tablette a fini de pétiller.
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    5. Estimer l`enthalpie de la réaction. Dans une expérience idéale, lorsque vous ajoutez la tablette Alka-Seltzer à l`eau, elle forme du gaz dioxyde d`eau et de carbone (ce dernier peut être observé sous forme de bulles fizées) et provoque la chute de la température de l`eau. À partir de ces informations, nous nous attendrions à ce que la réaction soit endothermique - c`est-à-dire que, qui absorbe l`énergie de l`environnement environnant. Les réactifs liquides dissous ont besoin d`énergie supplémentaire pour faire sauter au produit gazeux, de sorte qu`il prend de l`énergie sous forme de chaleur de son environnement (dans ce cas, de l`eau). Cela rend la température de l`eau tombe.
  • Dans notre exemple expérience, la température de l`eau a chuté deux degrés après avoir ajouté l`alka-selzer. Ceci est cohérent avec le type de réaction légèrement endothermique que nous attendions.

    • Conseils

    Ces calculs sont effectués à l`aide de Kelvin (K) - une échelle de mesure de la température, comme centigrades. Pour convertir entre le centimart et le Kelvin, vous ajoutez simplement ou soustrayez 273 degrés: K = ° C + 273.
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