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6.7:

Thermochemische Gleichungen

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Chemistry
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Thermochemical Equations

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Die meisten chemischen Reaktionen finden bei atmosphärischem Druck statt. Unter Bedingungen konstanten Drucks, die mit der Reaktion verbundene Wärmeänderung delta Q, ist gleich der Änderung der Enthalpie Delta H, auch die Enthalpie oder Reaktionswärme genannt. Die Enthalpie der Reaktion ist der Unterschied zwischen den Enthalpien der Produkte und den Reaktanten.Wenn die Enthalpie der Produkte größer als die Enthalpie der Reaktanten ist, ist delta H positiv. Solche Reaktionen absorbieren Wärme und sind endotherm. Im Gegenteil, wenn die Enthalpie der Reaktanten größer als die Enthalpie der Produkte ist, ist delta H negativ.Solche Reaktionen setzen Wärme frei und sind exotherm. Für jede chemische Reaktion, die Größenordnung der begleitenden Enthalpieänderung hängt von den stöchiometrischen Mengen der Reaktanten und Produkte ab, angegeben durch die Koeffizienten der ausgeglichenen Gleichung. Eine ausgeglichene chemische Gleichung, die Phasenübergänge und Reaktionsenthalpie delta H enthält, wird eine thermochemische Gleichung genannt.Betrachten Sie die Verbrennung von Methan eine primäre Brennstoffquelle. Bei der Verbrennung von Methan wird Wärme an die Umgebung abgegeben. Die exotherme Natur der Reaktion wird durch die negative Enthalpieänderung in der thermochemischen Gleichung angezeigt.Die Gleichung für die Verbrennung zeigt dass, wenn 1 Mol Methangas mit 2 Mol Sauerstoffgas reagiert, um 1 Mol Kohlendioxidgas und 2 Mol flüssiges Wasser zu bilden, werden 890, 8 Kilojoule Wärme an die Umgebung abgegeben. Das molare Verhältnis zwischen den Reaktanten oder Produkten und die Reaktionswärme kann als Umrechnungsfaktor verwendet werden, um die während der Reaktion ausgetauschte Wärme zu berechnen. Wenn eine Gasflasche 25, 5 Kilogramm Methan enthält, und das gesamte Methan im Zylinder verbrannt wird, welche Wärmemenge wird erzeugt?Im Allgemeinen, besteht der konzeptionelle Plan darin, die Masse in Mole umzuwandeln und dann Mole in die Reaktionswärme. Zu Beginn werden 25, 5 Kilogramm mit 1000 multipliziert. um die Masse in Gramm zu berechnen.Dann wird die Masse des Methans durch seine molare Masse geteilt 16, 0 Gramm pro Mol, um 1594 Mol Methan zu erhalten. Schließlich benutzt man den Umrechnungsfaktor zwischen Methanmolen und Reaktionswärme, 1594 Mol Methan setzen 14, 2 mal zehn zu den 6 Kilojoule Wärme frei-das ist die Wärme der Reaktion. Die Antwort ist negativ, da die Reaktion exotherm ist, da in der Reaktion Wärme entsteht.

6.7:

Thermochemische Gleichungen

For a chemical reaction (the system) carried out at constant pressure – with the only work done caused by expansion or contraction – the enthalpy of reaction (also called the heat of reaction, ΔHrxn) is equal to the heat exchanged with the surroundings (qp).

Eq1

The change in enthalpy is an extensive property, and it depends on the amounts of the reactants participating in the reaction (or the number of moles of reactants). The change in enthalpy is specific to the reaction, and the physical states of the reactant and product species are important. An exothermic reaction is characterized by a −ΔHrxn value, while an endothermic reaction has a +ΔHrxn value. 

Because the amount of heat released or absorbed by a reaction corresponds to the amount of each substance consumed or produced by the reaction, it is convenient to use a thermochemical equation to represent the changes in both matter and energy. In a thermochemical equation, the change in enthalpy of a reaction is shown as ΔHrxn, and it is generally provided following the equation for the reaction. The magnitude of ΔHrxn indicates the amount of heat associated with the reaction shown in the chemical equation. The sign of ΔHrxn indicates if the reaction is exothermic or endothermic, as written. In the following equation, 1 mole of hydrogen gas and 1/2 mole of oxygen gas (at some temperature and pressure) react to form 1 mole of liquid water (at the same temperature and pressure).

Eq1

This equation indicates that 286 kJ of heat is released to the surroundings. In other words, 286 kJ of heat is released (reaction is exothermic) for every mole of hydrogen that is consumed or for every mole of water that is produced. Therefore, the enthalpy of reaction is a conversion factor that can be used to calculate the amount of heat that is released or absorbed during reactions involving specific amounts of reactants and products.

Eq1

If the coefficients of the chemical equation are multiplied by some factor (i.e., if the amount of a substance is changed), the change in enthalpy must be multiplied by that same factor.

(two-fold increase in amounts)

Eq1

(two-fold decrease in amounts)

Eq1

To illustrate that the enthalpy change of a reaction depends on the physical states of the reactants and products, consider the formation of gaseous water (or water vapor). When 1 mole of hydrogen gas and ½ mole of oxygen gas react to form 1 mole of gaseous water, only 242 kJ of heat are released, as opposed to 286 kJ of heat, which is released when liquid water forms.

Eq1

Suggested Reading

  1. Canagaratna, Sebastian G. "A visual aid in enthalpy calculations." Journal of Chemical Education 77, no. 9 (2000): 1178.
  2. Keifer, David. "Enthalpy and the Second Law of Thermodynamics." Journal of Chemical Education 96, no. 7 (2019): 1407-1411.
  3. Khalil, Mutasim I. "Calculating enthalpy of reaction by a matrix method." Journal of Chemical Education 77, no. 2 (2000): 185.