Eine thermochemische Gleichung ist eine Gleichung, die das quantitative Verhältnis zwischen Reagenzien und chemischen Reaktionsprodukten unter Berücksichtigung energetischer Veränderungen beschreibt.
Eine der Haupteigenschaften der Reaktion ist der thermische Effekt, der sich als die Menge an Wärme ausdrückt, die während dieser Reaktion freigesetzt wird (exotherme Reaktion) oder absorbiert wird (endotherme Reaktion).
In diesem Fall haben wir die thermochemische Reaktionsgleichung 2NO + O2 → 2NO2. Es beschreibt die Oxidationsreaktion von Stickstoff (II) durch Oxid, bei der zwei Stickstoffdioxid-Moleküle gebildet werden. Unsere Aufgabe ist es zu bestimmen, wie viel Wärme bei einer gegebenen Reaktion freigesetzt wird.
Was ist eine thermochemische Gleichung?
Eine thermochemische Gleichung ist eine äquivalente Gleichung einer chemischen Reaktion, die die Menge an Wärme angibt, die während des Reaktionsprozesses freigesetzt oder absorbiert wird. Es ermöglicht Ihnen, das thermische Verhalten eines chemischen Systems und die Verbindung zwischen Energie und Reaktion zu beschreiben.
Die thermochemische Gleichung wird wie folgt geschrieben:
| Reagen | Reaktion | Lebensmittel | Reaktionswärme |
|---|---|---|---|
| . | . | . | . |
Die Reaktionswärme wird in Energieeinheiten angegeben, normalerweise in Joule oder Kalorien, und kann positiv sein (wenn Wärme freigesetzt wird) oder negativ (wenn Wärme absorbiert wird). Es wird durch die Energiedifferenz der Bindungen in Reagenzien und Produkten bestimmt.
Thermochemische Gleichungen sind ein wichtiges Werkzeug in der Chemie und werden zur Berechnung der thermischen Effekte chemischer Reaktionen wie Wärmeerzeugung oder -absorption, Enthalpieänderung und thermodynamischen Konstanten verwendet.
Wie schreibe ich eine thermochemische Gleichung auf?
Die thermochemische Gleichung wird normalerweise wie folgt geschrieben:
- Auf der linken Seite der Gleichung werden die Ausgangsmaterialien angegeben, die miteinander reagieren.
- Auf der rechten Seite der Gleichung werden die nach der Reaktion entstehenden Substanzen angezeigt.
- Zwischen den Anfangs- und den entstehenden Substanzen wird ein "->" -Zeichen (Pfeil nach vorne) gesetzt, das die Richtung der Reaktion anzeigt.
- Links neben dem "->" -Zeichen können Sie die Koeffizienten vor den Stoffformeln angeben, um das Gesetz zur Erhaltung von Masse und Ladung einzuhalten.
- Rechts neben dem "->" -Zeichen wird der Wert für die Reaktionswärme angegeben, die während der Reaktion freigesetzt oder absorbiert wird.
Zum Beispiel würde die thermochemische Gleichung für eine Reaktion von 2NO + O2 -> 2NO2 mit einer bekannten Reaktionswärme wie folgt aussehen:
2NO + O2 -> 2NO2, ΔH = -113 KJ
Hier zeigen die Koeffizienten 2 vor den Materie-Formeln an, dass doppelt so viele NO- und O2-Moleküle benötigt werden, um eine Reaktion durchzuführen als das resultierende NO2.
Der Wert ΔH = -113 KJ gibt an, dass während der Reaktion 113 KJ Wärme freigesetzt wird.
Wie kann ich die Menge an Wärme bestimmen, die während der Reaktion freigesetzt wird?
Moderne Methoden zur Bestimmung von Wärme
Eine solche Methode ist die Kalorimetrie, die auf der Messung der Temperaturänderung im chemischen System basiert. Kalorimeter sind spezielle Geräte, bei denen Reaktionen durchgeführt werden können, um die Änderung der Wärme zu messen. Durch den Vergleich der Anfangs- und Endtemperatur mit den bekannten Eigenschaften des Kalorimeters kann die Menge der zugewiesenen oder absorbierten Wärme ermittelt werden.
Eine weitere Methode ist die Methode zur Messung des thermischen Effekts einer Reaktion auf der Grundlage des Hessengesetzes. Das Hess-Gesetz besagt, dass die Änderung der Reaktionswärme der Summe der Wärmeänderungen für jede Wechselwirkung der reaktiven Substanzen entspricht. Durch Messen der thermischen Effekte für jeden Reaktionsschritt kann die Gesamtwärme der Reaktion bestimmt werden.
Es gibt auch spektroskopische Methoden, die auf der Messung der Veränderung der Energie basieren, die im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Bereich absorbiert oder emittiert wird. Mit der Spektroskopie können Energiewechsel unter verschiedenen Bedingungen untersucht werden, um die Reaktionswärme zu bestimmen.
Und schließlich umfassen moderne Methoden zur Bestimmung der Reaktionswärme eine thermische Analyse, die auf der Messung der Veränderung der thermischen Kapazität einer Substanz basiert, wenn eine Reaktion stattfindet. Die Messung des thermischen Behälters ermöglicht es, die Menge an freigesetzter oder absorbierender Wärme in einer Reaktion zu bestimmen.
Somit ermöglichen moderne Methoden zur Bestimmung von Wärme eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit, um die Reaktionswärme zu bestimmen. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Thermochemie und helfen, chemische Prozesse in Bezug auf Energie und Kinetik zu verstehen und zu untersuchen.
Konkretes Beispiel: Reaktionswärme 2NO + O2 -> 2NO2
Betrachten Sie in diesem Beispiel die thermochemische Reaktionsgleichung 2NO + O2 -> 2NO2 und bestimmen Sie, wie viel Wärme bei ihrer Durchführung freigesetzt wird.
Gemäß der Reaktionsgleichung reagieren 2 Mol NO mit 1 Mol O2 und 2 Mol NO2 werden gebildet.
In der chemischen Thermochemie kann das Hess-Gesetz verwendet werden, das besagt, dass der thermische Effekt einer Reaktion durch die Differenz der thermischen Effekte von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Reaktionen bestimmt wird.
Daher können wir eine gegebene Reaktion in zwei aufeinanderfolgende Reaktionen aufteilen, wobei sich alle Komponenten in Standardzuständen befinden:
1) NO + 1/2 O2 -> NO2 (Н1N1)
In der ersten Reaktion (Н1N1) entsteht NO2 aus NO und O2. Da diese Reaktion exotherm ist, istН1 H1 ein negativer Wert.
In der zweiten Reaktion (Н2 H2) bricht NO2 ab, aber die Wärme kann als Null angesehen werden, da diese Reaktion nicht innen ist.
Die Reaktionswärme von 2NO + O2 -> 2NO2 entspricht der Summe der thermischen Effekte der Reaktionen (Н1H1 +Н2 H2), dh nurН1H1.
Gemäß den thermochemischen Datentabellen ist für die Reaktion NO + 1/2 O2 -> NO2Н1H1 = -114,1 KJ/ mol.
Somit wird bei einer Reaktion von 2NO + O2 -> 2NO2 114,1 KJ Wärme für jeden Mol des Reaktionsgemisches freigesetzt.
Berechnung der Reaktionswärme
Die Reaktionswärme wird durch Berechnung der Änderung der Enthalpie des Systems gefunden. In diesem Fall wird die Reaktion betrachtet: 2NO + O2 → 2NO2.
Um die Reaktionswärme zu berechnen, müssen Sie die Werte der Bildungs-Wärme für jede Substanz kennen, die in die Reaktion eintritt. Diese Werte finden Sie in speziellen Tabellen.
Für diese Reaktion beträgt die Wärme der NO2-Bildung -114,1 KJ / mol. Es ist auch bekannt, dass die Wärme der NO-Bildung 90,3 KJ / mol beträgt und die Wärme der O2-Bildung 0 KJ / mol beträgt.
Als nächstes ist es notwendig, die Stöchiometrie der Reaktion zu berücksichtigen, dh die Koeffizienten vor den Stoffformeln. In dieser Reaktion steht der Koeffizient 2 vor NO und vor O2 - 1. Um die Reaktionswärme zu berechnen, müssen Sie daher die Wärmewerte der Bildung jeder Substanz mit dem entsprechenden Koeffizienten multiplizieren:
- Wärme der NO2-Bildung: -114,1 KJ/mol * 2 = -228,2 KJ/mol
- Wärme der Bildung NO: 90,3 KJ/Mol * 2 = 180,6 KJ/mol
- Wärme der O2-Bildung: 0 KJ/mol * 1 = 0 KJ/ Mol
Als nächstes ist es notwendig, den Unterschied zwischen der Gesamtwärme der Bildung von Substanzen zu finden, die vor und nach der Reaktion an der Reaktion beteiligt sind:
ΔH[Reaktion] = (Wärme der Bildung NO2 * Koeffizient vor NO2) - (Wärme der Bildung NO * Koeffizient vor NO) - (Wärme der Bildung O2 * Koeffizient vor O2)
ΔH[Reaktion] = (-228,2 KJ/mol) - (180,6 KJ/mol) - (0 KJ/mol) = -408,8 KJ/mol
Somit wird bei dieser Reaktion 408,8 KJ Wärme pro Mol der reagierenden Substanzen freigesetzt.
