17.9: Стехіометричні розрахунки та зміни ентальпії

Зростає занепокоєння з приводу шкоди навколишньому середовищу від викидів від заводів-виробників. Багато компаній вживають заходів для зменшення цих шкідливих викидів, додаючи обладнання, яке буде затримувати забруднюючі речовини. Для того, щоб знати, яке обладнання (і кількість) замовити, проводяться дослідження для вимірювання кількості виробленого в даний час продукту. Оскільки забруднення часто є як твердими частинами, так і тепловими, енергетичні зміни потрібно визначати на додаток до кількості продуктів, що виділяються.

Стехіометричні розрахунки та зміни ентальпії

Проблеми хімії, які пов'язані зі змінами ентальпії, можуть бути вирішені методами, подібними до проблем стехіометрії. Знову зверніться до реакції горіння метану. Оскільки$1 \: \text{mol}$ реакція виділяється метану$890.4 \: \text{kJ}$, реакція$2 \: \text{mol}$ метану буде викидатися$2 \times 890.4 \: \text{kJ} = 1781 \: \text{kJ}$. Реакція$0.5 \: \text{mol}$ метану буде викид$\frac{890,4 \: \text{kJ}}{2} = 445.2 \: \text{kJ}$. Як і при інших проблемах стехіометрії, родимки реагенту або продукту можуть бути пов'язані з масою або об'ємом.

Приклад$\PageIndex{1}$

Газ діоксиду сірки реагує з киснем з утворенням триоксиду сірки в екзотермічній реакції, згідно з наступним термохімічним рівнянням.

$$2 \ce{SO_2} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{SO_3} \left( g \right) + 198 \: \text{kJ}\nonumber$$

Обчисліть зміну ентальпії, що виникає при$58.0 \: \text{g}$ реакції діоксиду сірки з надлишком кисню.

Рішення:

Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.

• Маса$\ce{SO_2} = 58.0 \: \text{g}$
• Молярна маса$\ce{SO_2} = 64.07 \: \text{g/mol}$
• $\Delta H = -198 \: \text{kJ}$за реакцію$2 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}$

Невідомий

Для розрахунку потрібно два етапи. Маса$\ce{SO_2}$ перетворюється в родимки. Потім родимки множать$\ce{SO_2}$ на коефіцієнт перерахунку$\left( \frac{-198 \: \text{kJ}}{2 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}} \right)$.

Крок 2: Вирішіть.

$$\Delta H = 58.0 \: \text{g} \: \ce{SO_2} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}}{64.07 \: \text{g} \: \ce{SO_2}} \times \frac{-198 \: \text{kJ}}{2 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}} = 89.6 \: \text{kJ}\nonumber$$

Крок 3: Подумайте про свій результат.

Маса діоксиду сірки трохи менше$1 \: \text{mol}$. Оскільки$198 \: \text{kJ}$ виділяється для кожного$2 \: \text{mol}$ з того,$\ce{SO_2}$ що реагує, тепло, що виділяється, коли приблизно$1 \: \text{mol}$ реагує, становить половину 198. $89.6 \: \text{kJ}$Це трохи менше половини 198. Ознака$\Delta H$ негативний, оскільки реакція екзотермічна.

Резюме

• Проблеми хімії, які пов'язані зі змінами ентальпії, можуть бути вирішені методами, подібними до проблем стехіометрії.
• Описано розрахунки енергетичних змін у рівняннях ентальпії.