Барлық оқушылар мынаны жасай білулері керек : Энтальпияның өзгерісін түсінеді және энтальпия өзгерісінің стандартты жағдайда есептелетінін біледі;
Көптеген оқушылар мынаны жасай алулары керек : Гесс заңы бойынша түзілу және жану энтальпиялары берілсе, реакцияның энтальпиясы өзгерісін есептей алады;
Кейбір оқушылар мынаны жасай алулары керек : Реакцияның энтальпия өзгерісін калориметриялық әдіспен практикада анықтаудың мәнін түсіндіре алады.
Тілдік мақсаттар: Төмендегі терминдерді ағылшын тілінде қолдану.
Қазақ тілінде
Орыс тілінде
Энтальпия
Энтальпия
Энергия
Ағылшын тілінде
Энергия
Моль
Enthalpy
Экзотермиялық
Моль
Energy
Экзотермическая
Эндотермиялық
Mole
Эндотермическая
Exothermic
endothermic
Күтілетін нәтиже:
Химиялық реакциялардың энергия өзгерісі арқылы жүретінін біледі.
Энтальпияның стандартты жағдайда анықталатынын біледі және Гесс заңын қолданып оны есептей алады
Тәжірибе мәліметтері арқылы энтальпия өзгерісін өлшеуге болатын калориметриялық әдістің мәнін түсіне отырып, практикада энтальпия өзгерісін анықтай алады.
Химиялық реакциядағы - энергетика
Химиялық процестер жүрген кезде - бір зат екінші затқа айналғанда - энергетикалық өзгерістер болады, яғни энергия
( жылу) не сіңіріледі , не бөлінеді, себебі реакцияға түскен заттардағы байланыстар үзіліп , реакция нәтижесінде түзілген заттарда жаңа байланыстар түзіледі. Химиялық өзгерістер нәтижесінде атомдардың, иондардың, молекулалардың құрылысы өзгертіліп, құрылуымен қатар жылу, жарық, электр энергиясы бөлінеді, яғни химиялық энергия басқа энергия түріне айналады. Химиялық процестердің жылу эффектілерін термохимия оқытады. Термохимиялық теңдеулерде жылу эффектісі көрсетіледі. Реакция кезінде жылу бөлінсе , экзотермиялық (+) , жылу ( энергия) сіңірілсе – эндотермиялық ( ) реакциялар деп аталады. Химиялық реакциялардың жылу эффектілерін калориметрде өлшейді.
Термодинамика
Бірінші заңыЭнергия жоғалып кетпейді немесе жаңадан пайда болмайды, энергия бір түрден екінші бір түрге ауысады.
Энергияныңбарлық химиялық реакциялар энергияныңөзгеруіарқылы жүреді, бірақ кейбірінің өзгерісі білінбеуі мүмкін
ЭкзотермиялықЭнергия сыртқа беріледі.
ЭндотермиялықЭнергия сіңіріледі.
МысалыЭкзотермиялықотынның жануы
тыныс алу (көмірсулардың тотығуы)
Эндотермиялықфотосинтез
кальций карбонатының термиялық
айрылуы
өнімдердің DH = - мәнді Экзотермиялық жылу сыртқа беріледі REACTION CO-ORDINATE" width="640"
ENTHALPY
Tермодинамика –Энтальпия өзгерісі
Энтальпия қысым тұрақты болған жағдайдағы (изобаралық процесс кезіндегі) жылу эффектісі.Алайда, энтальпияның абсолют мәнін өлшемейді, тек өзгерісін анықтайды (ΔН).
ΔН = ΣΔН0өнім.- ΣΔН0реаг.
реагенттердің энтальпиясы өнімдердің
DH = - мәнді
Экзотермиялықжылу сыртқа беріледі
REACTION CO-ORDINATE
өнімдер Энтальпия реагенттер DH = - мәнді DH = + мәнді Экзотермиялық Жылу бөледі Эндотермиялық Жылу сіңіреді" width="640"
ENTHALPY
ENTHALPY
Tермодинамика –Энтальпия өзгерісі
Энтальпия – қысым тұрақты болған жағдайдағы (изобаралық процесс кезіндегі) жылу эффектісі.Алайда, энтальпияның абсолют мәнін өлшемейді, тек өзгерісін анықтайды (ΔН).
Үстіне 2 реагентті құйып температура өзгерісін өлшеңіз;
Реакцияның экзотермиялық немесе эндотермиялық екенін белгілеңіз.
Экзотермиялық және эндотермиялық реакциялар
Бірнеше экзотермиялық және эндотермиялық реакцияларды білу керек!!!
экзотермиялық
эндотермиялық
жану
Ионды қосылыстардың суда еруі
бейтараптау (қышқыл + негіз)
Термиялық айрылу
Тыныс алу
фотосинтез
Экзотермиялық реакция кезінде жүйенің энтальпиясы азаяды.
Эндотермиялық реакция кезінде жүйенің энтальпиясы артады.
Келесі реакциялардың қайсысы экзотермиялық, эндотермиялық
-
Exothermic – Exo
Endothermic – Endo
+
Nuclear Fission
-
Exothermic
Cooking an egg
Endothermic
+
Burning a candle
-
Exothermic
Rusting
-
Exothermic
Photosynthesis
+
Endothermic
Стандартты түзілу энтальпиясы
Термохимиялық есептеулерге қолайлы болу үшін, барлық химиялық қосылыстардың түзілу энтальпияларын бірдей жағдайға келтіреді. Температура 298 0 К, қысым 1 атм жағдайда тұрақты болатын химиялық қосылыстардың түзілу энтальпияларын олардың стандартты түзілу энтальпиясы деп аталады және оларды ΔН0298 таңбасымен белгілейді. Стандартты жағдайда тұрақты болатын жай заттардың түзілу энтальпиялары (мысалы: О 2 (газ), N 2 (газ), Br 2 (сұйық) т.б.) нольге тең деп қабылданған.
H 2 O стандартты жағдайдағы күйі қандай?
Судың қатты және газ күйі- стандартты жағдайға сәйкес келмейді .
Стандартты жағдайда судың күйі H 2 O сұйық .
Стандартты энтальпияның өзгерісі
Неліктен стандартты?Энтальпияның өзгеруі жағдайға тәуелді болады. Заттардың мұндай жағдайы стандартты деп аталады.
Қысым:100 kPa (1 атмосфера)
Температураның жағдайыәдетте 298K (25°C)
•қалыпты лабораториялық жағдайда заттың күйін негізге алу керек.
•Заттардың әрқайсысының стандартты жағдайдағы күйін [(г), (с) or (қ) ] белгілеу керек.
•кез келген ерітінді концентрациясы 1 моль дм-3
•егер стандартты жағдай қолданылсаDHбелгіленуін өзгереді.
Энтальпия өзгерісі Стандартты энтальпия өзгерісі
( 298K)
CO 2 (g) H 2 (g) + ½O 2 (g) ——— H 2 O (l) 2C( graphite) + ½O 2 (g) + 3H 2 (g) ——— C 2 H 5 OH (l) Ескерту реакция нәтижесінде 1 моль заттың түзілуіне қарай реакцияны теңестіреміз. Стандартты жағдайдағы элементтердің түзілу энтальпиясы нольге тең.Көміртегі графит аллотропиясы түрінде алынады." width="640"
Стандартты түзілу энтальпиясы
Анықтамасы Жай заттардан стандартты жағдайда химиялық қосылыстың стандартты жағдайдағы 1 молі түзілгенде бөлінетін немесе сіңіретін жылудың мөлшерін сол заттың түзілу энтальпиясы дейді.
БелгіленуіDH°f
МәніКөбінесе экзотермиялық
Мысалы(s)C(graphite)+ O2(g)——— CO2(g)
H2(g)+½O2(g)———H2O(l)
2C(graphite)+ ½O2(g)+ 3H2(g)———C2H5OH(l)
Ескертуреакция нәтижесінде 1 моль заттың түзілуіне қарай реакцияны
теңестіреміз. Стандартты жағдайдағы элементтердің түзілу энтальпиясы нольге тең.Көміртегі графит аллотропиясы түрінде алынады.
H Түзілу энтальпиясы
Анықтамасы Жай заттардан стандартты жағдайда химиялық қосылыстың стандартты жағдайдағы 1 молі түзілгенде бөлінетін немесе сіңіретін жылудың мөлшерін сол заттың түзілу энтальпиясы дейді.
CH 4 (g)
C(s) + 2 H 2 (g) → CH 4 (g)
H 2 O(l)
H 2 (g) + 1 / 2 O 2 (g) → H 2 O(l)
NH 3 (g)
1 / 2 N 2 (g) + 3 / 2 H 2 (g) → NH 3 (g)
C 2 H 5 OH(l)
2 C(s) + 3 H 2 (g) + 1 / 2 O 2 (g) → C 2 H 5 OH(l)
H f кез-келген элемент үшін стандартты жағдайда = 0
C(қ)
C(қ) → C (қ)
H 2 (г)
H 2 (г) → H 2 (г)
CO 2 (g) H 2 (g) + ½O 2 (g) ——— H 2 O (l) C 2 H 5 OH (l) + 3O 2 (g) ——— 2CO 2 (g) + 3H 2 O (l) Ескерту Әруақытта бір моль заттың жануын реакцияны теңестіргенде есте сақтау керек." width="640"
СТАНДАРТТЫ ЖАНУ ЭНТАЛЬПИЯСЫ
Анықтамасы:Стандартты жағдайда 1 моль заттың толық жануы.Барлық реагенттер мен өнімдер стандартты жағдайда
БелгіленуіDH°c
ValuesӘрқашан экзотермиялық
МысалдарC(graphite)+ O2(g)——— CO2(g)
H2(g)+½O2(g)———H2O(l)
C2H5OH(l)+ 3O2(g)——— 2CO2(g)+ 3H2O(l)
ЕскертуӘруақытта бір моль заттың жануын реакцияны теңестіргенде есте сақтау керек.
H combustion
Анықтамасы: Стандартты жағдайда 1 моль заттың толық жануы.Барлық реагенттер мен өнімдер стандартты жағдайда
CH 4 (g)
CH 4 (g) + 2 O 2 (g) → CO 2 (g) + 2 H 2 O(l)
H 2 (g)
H 2 (g) + 1 / 2 O 2 (g) → H 2 O(l)
C 2 H 6 (g)
C 2 H 6 (g) + 7 / 2 O 2 (g) → 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l)
C 2 H 5 OH(l)
C 2 H 5 OH(l) + 3 O 2 (g) → 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l)
Na(s)
Na(s) + 1 / 4 O 2 (g) → 1 / 2 Na 2 O(s)
C 6 H 14 (l)
C 6 H 14 (l) + 9 1 / 2 O 2 (g) → 6 CO 2 (g) + 7 H 2 O(l)
C (g)" width="640"
СТАНДАРТТЫ АТОМДАНУ ЭНТАЛЬПИЯСЫ
АнықтамасыСтандартты жағдайда 1 моль газ күйіндегі атомдардың элемент түзу кезіндегі энтальпияның өзгерісі
БелгіленуіDH°at
МәніӘрқашан эндотермиялық – атомдарды бөлу үшін энергия жұмсалады
МысалыC(graphite)——— C(g)
H 2 O (l) Ескерту күшті қышқыл мен күшті негіз реакциясында энтальпия өзгерісі -57kJ mol -1" width="640"
БЕЙТАРАПТАНУ ЭНТАЛЬПИЯСЫ
АнықтамасыСұйытылған ерітіндегі иондардан судың 1 молі түзілгенде энтальпияның өзгерісі
МәніЭкзотермиялық
ТеңдеуіH+(aq)+ OH¯(aq)——— H2O(l)
Ескертукүшті қышқыл мен күшті негіз реакциясында энтальпия өзгерісі -57kJ mol-1
2C l (g) O-H (g) ——— O (g) + H (g) Ескерту • байланыстың күші қоршаған ортаға да байланысты, оның мәні • байланысты түзу экзотермиялық болса, керісінше байланысты үзу эндотермиялық • екі атомды газдар үшін, байланыс энтальпиясы = 2 x атомдану энтальпиясы • аз байланыс энтальпиясы = әлсіз байланыс = үзу оңай" width="640"
БАЙЛАНЫСТЫҢ ДИССОЦИАЦИЯЛАНУ ЭНТАЛЬПИЯСЫ
АнықтамасыГазтәрізді атомдарды түзу үшін 1 моль газдағы байланысты үзуге жұмсалатын энергия
МәніЭндотермиялық - кез-келген химиялық байланысты үзу үшін энергия керек.
МысалыCl2(g)——— 2Cl(g)O-H(g)——— O(g)+H(g)
Ескерту• байланыстың күші қоршаған ортаға да байланысты, оның мәні
•байланысты түзу экзотермиялық болса, керісінше байланысты үзу эндотермиялық
•екі атомды газдар үшін, байланыс энтальпиясы = 2 x атомдану энтальпиясы
•аз байланыс энтальпиясы = әлсіз байланыс = үзу оңай
БАЙЛАНЫСТЫҢ ДИССОЦИАЦИЯЛАНУ ЭНТАЛЬПИЯСЫ
Орташа мәніH-H436H-F562N-N163
C-C346H-Cl431N=N409
C=C611H-Br366NN944
CC837H-I299P-P172
C-O360H-N388F-F158
C=O743H-O463Cl-Cl242
C-H413H-S338Br-Br 193
C-N305H-Si318I-I151
C-F484P-H322S-S264
C-Cl338O-O146Si-Si176
Орташа мәндер берілген себебі, нақты мәндер молекула кездесетін ортаға, тәуелді.
Өлшем бірлігі = kДж мol-1
ГЕСС ЗАҢЫ
“Энтальпия өзгерісі оның жүру жолына тәуелді емес”
ҚалайА дан В өтудегі энтальпия өзгерісін А дан Х-ке , Х-тен Y - ке және
Y тен В-ға өту энтальпияларын
қосу арқылы табуға болады.
DHr=DH1+DH2+DH3
ГЕСС ЗАҢЫ
«Энтальпия өзгерісі оның жүру жолына тәуелді емес»
Байланыстың үзілуі мен түзілуі кезіндегі энергияның тасымалдануы
Химиялық реакция кезінде энергия өзгерісі орын алады,
Өйткені химиялық байланыс үзілуі мен түзілуі кезінде
энергия үнемі тасымалданады.
Экзотермиялық реакция кезінде энергия сыртқа бөлінеді.
Эндотермиялық реакцияда энергия ішке беріледі .
Мұнда екі C=O байланысы бар.
Екі су молекуласы бар.
Төрт О-Н байланысы бар.
Өнімдердің байланыс энегияларының қосындысын табамыз.
Байланыс түзілген кезде энергияның мәні теріс болады..
Табылған екі мән арқылы энтальпия өзгерісін анықтайды.
Энтальпия өзгерісінің мәні теріс болғандықтан, метанның жануы экзотермиялық болады.
Chemsheets AS006 (Electron arrangement)
11/2/16
CALORIMETRY
25
Энтальпия өзгерісін өлшеу.
Калориметрияэнтальпия өзгерісін практикалық анықтау
болатын әдіс
Әдетте судың қызуы мен сууына байланысты
өлшенеді
судың реакцияда қызуы экзотермиялық
судың реакцияда салқындауы эндотермиялық
болады.
Есептеузаттың температурасын өзгертуге кеткен
энергияны есептеуге боладыq = mxcxDT
мұндағыq= жылу энергиясы кДж
m= массаkг
c= меншікті жылу сыйымдылығы kДж K-1kг-1
[ су 4.18 ]
DT= температура өзгерісіK
q
moles in reaction
∆ H =
q = m c ∆T
11/2/16
PPT - AS Calorimetry
1 g of water
1 ºC hotter
Energy required =
4.18 J
2 ºC hotter
1 g of water
Energy required =
2 x 4.18 J
= 8.36 J
25
1 ºC hotter
1 g of water
Energy required =
4.18 J
1 ºC hotter
5 g of water
Energy required =
5 x 4.18 J
= 20.9 J
1 ºC hotter
1 g of water
Energy required =
4.18 J
10 ºC hotter
3 g of water
Energy required =
3 x 10 x 4.18
= 125.4 J
1 ºC hotter
1 g of copper
Energy required =
0.39 J
5 ºC hotter
10 g of copper
Energy required =
10 x 5 x 0.39
= 19.5 J
Energy required (q) =
mass heated (m)
x
energy needed to make 1 g of substance 1ºC hotter
x
temperature rise (∆T)
Energy required (q) =
mass heated (m)
x
x
temperature rise (∆T)
specifc heat capacity (c)
2 moles of ethanol burned
Energy given out =
2734 kJ
Energy given out by 1 mole =
2734 kJ
2
= 1367 kJ
∆ H =
– 1367 kJ mol -1
25 cm 3 of 2.0 mol dm -3 азот қышқылына 25 cm 3 of 2.0 mol dm -3 калий гидроксиді ерітіндісі қосылды. Температура 13.7 C-ге өсті. Бейтараптану реакциясының энтальпия өзгерісін есепте. Ерітіндінің тығыздығы 1.00 g cm -3 , ерітіндінің меншікті жылу сиымдылығы 4.18 Дж г -1 K -1 .
q = mc ∆ T
c = 4.18
∆ T = 13.7
m = 50
q = 50 x 4.18 x 13.7 = 2863 J
∆ H = q /n
n HNO 3 = с x V
= 2.0 x 25 / 1000 = 0.050
n KOH = c x V
= 2.0 x 25 / 1000 = 0.050
HNO 3 + KOH → NaNO 3 + H 2 O
∆ H = –2.863 / 0.050
= -57.26 kДж мoль-1
50 cm 3 of 1.0 mol dm -3 nitric acid was added to 20 cm 3 of 1.0 mol dm -3 barium hydroxide solution. The temperature rose by 7.9 C. Calculate the enthalpy of neutralisation for this reaction (per mole of nitric acid reacting). Assume that the density of the solution is 1.00 g cm -3 , the specific heat capacity of the solution is 4.18 J g -1 K -1 .
∆ T = 7.9
m = 70
c = 4.18
q = mc ∆ T
q = 70 x 4.18 x 7.9 = 2312 J
∆ H = q / mol
Mol HNO 3 = conc x vol
= 1.0 x 50 / 1000 = 0.050
XS
Mol Ba(OH) 2 = conc x vol
= 1.0 x 20 / 1000 = 0.020
2 HNO 3 + Ba(OH) 2 → Ba(NO 3 ) 2 + 2 H 2 O
∆ H = –2.312 / 0.020
= -115,6 kJ mol-1
100 cm 3 of 0.20 mol dm -3 copper sulphate solution was put in a calorimeter and 2.0 g of magnesium powder added. The temperature of the solution rose by 25.1 C. Work out which reagent was in excess and then calculate the enthalpy change for the reaction. Assume that the density of the solution is 1.00 g cm -3 , the specific heat capacity of the solution is 4.18 J g -1 K -1 . Ignore the heat capacity of the metals.
∆ T = 25.1
m = 100
c = 4.18
q = mc ∆ T
q = 100 x 4.18 x 25.1 = 10490 J
∆ H = q / mol
Mol CuSO 4 = conc x vol
= 0.20 x 100 / 1000 = 0.020
Mol Mg = mass / M r
= 2.0 / 24.3 = 0.0823
XS
CuSO 4 + Mg → MgSO 4 + Cu
∆ H = –10.49 / 0.020
= -525 kJ mol-1
25 cm 3 of 1.00 mol dm -3 copper sulphate solution was put in a calorimeter and 6.0 g of zinc powder added. The temperature of the solution rose by 50.6 C. Work out which reagent was in excess and then calculate the enthalpy change for the reaction. Assume that the density of the solution is 1.00 g cm -3 , the specific heat capacity of the solution is 4.18 J g -1 K -1 . Ignore the heat capacity of the metals.
∆ T = 50.6
m = 25
c = 4.18
q = mc ∆ T
q = 25 x 4.18 x 50.6 = 5288 J
∆ H = q / mol
Mol CuSO 4 = conc x vol
= 1.0 x 25 / 1000 = 0.025
Mol Zn = mass / M r
= 6.0 / 65.4 = 0.0917
XS
CuSO 4 + Zn → ZnSO 4 + Cu
∆ H = –5.288 / 0.025
= -212 kJ mol-1 (3 sig fig)
50 cm 3 of 0.10 mol dm -3 silver nitrate solution was put in a calorimeter and 0.2 g of zinc powder added. The temperature of the solution rose by 4.3 C. Work out which reagent was in excess and then calculate the enthalpy change for the reaction (per mole of zinc that reacts). Assume that the density of the solution is 1.00 g cm -3 , the specific heat capacity of the solution is 4.18 J g -1 K -1 . Ignore the heat capacity of the metals.
∆ T = 4.3
m = 50
c = 4.18
q = mc ∆ T
q = 50 x 4.18 x 4.3 = 898.7 J
∆ H = q / mol
Mol AgNO 3 = conc x vol
= 0.1 x 50 / 1000 = 0.005
Mol Zn = mass / M r
= 0.2 / 65.4 = 0.00306
XS
2 AgNO 3 + Zn → ZnNO 3 + 2 Ag
∆ H = –0.8987 / 0.0025
= -359 kJ mol-1
Энтальпия өзгерісін практикада анықтау
Энтальпия өзгеруін (жылу эффект) лабораторияда оңай есептеуге болады. Мұны көбіне реакция шекарасын қоршап жасайды: бұл кезде энергия алмасу жүзеге асады. Егер реакция экзотермиялық болса, онда су қызады, ал егер эндотермиялық болса, онда суиды. Егер судың температура өзгеруін өлшесе және су массасы мен оның меншікті жылу сыйымдылығы белгілі болса, бұл жағдайда химиялық реакция кезінде жұтқан немесе бөліп шығарған энергия мөлшерін табуға болады.Мысал ретінде мырыш пен мыс сульфаты арасындағы орын басу реакциясын алуға болады.
Практикалық жұмыс
Калориметрия
Практикалық жұмыс - Калориметрия
Мақсаты : калориметрдегі реакция кезіндегі температураның өзгерісі арқылы энтальпия өзгерісін өлшеу.
Пипеткамен 25 мл 0,500 моль/ дм 3 мыс сульфаты ерітіндісін өлшеп алып, пластик стаканға құйыңыз;
Полистиролды табақшаның қақпағын жауып,температура датчигін саңылауына салып, магнитті араластырғышқа орналастырыңыз;
Әрбір 30 секунд сайын температура көрсеткішін жазып отыру;
Тура 3 минуттан кейін мырыш ұнтағын саңылаудағы сүзгіш арқылы салыңыз.
Температура өзгерісін әрбір 30 секунд сайын жазып, осылайша 10 минут бақылау керек.
Практикалық жұмыс - Калориметрия
Тәжірибе мәліметтері:
Уақыт/сек
Температура/С
30сек
60сек
90сек
120сек
150 сек
180 сек
210 сек
240 сек
270сек
Ескерту: 10 минут бойында температура өзгерісін бақылайды.Мұнда кестеде тек 4,5 минутқа құрылған.
График тұрғызу:
Уақыт пен температураның тәуелділік графигі тұрғызылады.Сол графиктен температураның көтерілген жоғарғы нүктесі мен төменгі нүктелеріне экстраполяциялау арқылы температура өзгерісін анықтап алады.
Қателікті есептеу жолдары:
1.Apparatus Errors
Apparatus error for each piece of equipment = 100 x margin of error
quantity measured
For example, imagine a pupil doing an experiment where she measured out 1.245 g of a base, make it up to 250 cm3 of solution in a volumetric flask, pipetted 25 cm3 of that solution into a conical flask, and then found that it reacted with 23.30 cm3 of acid in a titration using a burette.
Balance (± 0.001 g) 100 x (0.001/1.245) = 0.08%
Pipette (± 0.1 cm3 ) 100 x (0.1/25) = 0.40%
Volumetric flask (± 0.1 cm3) 100 x (0.1/250) = 0.04%
If experimental error is smaller than apparatus error, then you have an accurate result. However, if experimental error is larger than apparatus error, then the result is inaccurate.
For example, imagine in the experiment above that the acid concentration was being measured and was found to be 0.0995 moldm-3 compared to the real value of 0.101 mol dm-3
.
Experimental error = 100 x (0.101 – 0.0995) = 1.49%
0.101
The experimental error (1.49%) is greater than the apparatus error (1.16%) meaning that the results are inaccurate.