Back to chapter

6.7:

Thermochemische Vergelijkingen

JoVE Core
Chemistry
This content is Free Access.
JoVE Core Chemistry
Thermochemical Equations

Languages

Share

De meeste chemische reacties vinden plaats bij atmosferische druk. Onder omstandigheden van constante druk is de warmteverandering geassocieerd met de reactie delta Q, gelijk aan de verandering in enthalpie delta H, ook wel de enthalpie of reactiewarmte genoemd. Enthalpie van de reactie is het verschil tussen de enthalpie van de producten en de reactanten.Wanneer de enthalpie van de producten groter is dan de enthalpie van de reactanten, is delta H positief. Dergelijke reacties absorberen warmte en zijn endotherm. Als de enthalpie van de reactanten daarentegen groter is dan de enthalpie van de producten, is delta H negatief.Dergelijke reacties geven warmte af en zijn exotherm. Voor elke chemische reactie hangt de grootte van de bijbehorende enthalpie-verandering af van de stoichiometrische hoeveelheden reactanten en producten, zoals aangegeven door de coëfficiënten van de uitgebalanceerde vergelijking. Een uitgebalanceerde chemische vergelijking die faselabels en reactie-enthalpie, delta H, omvat, wordt een thermochemische vergelijking genoemd.Denk aan de verbranding van methaan een primaire brandstofbron. Bij verbranding van methaan komt warmte vrij aan de omgeving. De exotherme aard van de reactie wordt aangegeven door de negatieve enthalpie-verandering in de thermochemische vergelijking.De vergelijking voor verbranding laat zien dat wanneer een mol methaangas reageert met 2 mol zuurstofgas om 1 mol koolstofdioxidegas en 2 mol vloeibaar water op te leveren, 890, 8 kilojoule warmte worden vrijgegeven aan de omgeving. De molaire verhouding tussen de reactanten of producten en de reactiewarmte kan worden gebruikt als conversiefactoren om de warmte-uitwisseling tijdens de reactie te berekenen. Als een gasfles 25, 5 kilogram methaan bevat en al het methaan in de cilinder verbrandt, welke hoeveelheid warmte wordt er dan geproduceerd?In het algemeen is het conceptuele plan om de massa om te zetten naar molen en vervolgens molen naar de reactiewarmte. Om te beginnen wordt 25, 5 kilogram vermenigvuldigd met 1000 om de massa in grammen te vinden. Vervolgens wordt de massa van methaan gedeeld door de molaire massa 16, 0 gram per mol, om 1594 mol methaan op te leveren.Ten slotte, gebruikmakend van de conversiefactor tussen molen methaan en reactiewarmte, geeft 1594 molen methaan 14, 2 keer tien vrij voor de 6 kilojoule warmte de warmte van de reactie. Het antwoord is negatief, omdat de reactie exotherm is aangezien er warmte vrijkomt in de reactie.

6.7:

Thermochemische Vergelijkingen

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.