Kimya, Ümumi kimya

Reaksiya növləri və istilik hesablamaları: istilik haradan gəlir

İstiliyi tənliyin əmsallarına görə hesablamağı, işarəni düz qoymağı və yanacağın kütləsini tapmağı öyrənəcəksən.

Oxumaq 4 dəqiqə çəkir

Süni intellektlə hazırlanmış şəkil: qaz plitəsinin mavi alovu üzərində qızan çaydan.

Qaz plitəsinə çaydan qoyursan. Mavi alovda təbii qazın əsas hissəsi olan metan oksigenlə yanır, ayrılan istilik suya keçir və su qaynayır. Qazı az açsan, su gec qaynayır: az qaz yanır, az istilik ayrılır.

Kimya bu «az» və «çox» sözlərini ədədə çevirir. Termokimyəvi tənlik sənə deyir ki, müəyyən mol miqdarı yananda nə qədər istilik ayrılır. Eyni şəraitdə iki dəfə çox maddə yanırsa, istilik də iki dəfə çox ayrılır.

Qida qablaşmasında gördüyün kkal və kC yazıları da eyni şeydən danışır: enerjini saymaqdan. Aşağıda bunu necə hesablayacağını görəcəksən.

Niyə lazımdır

Bu mövzunun məsələlərinin çoxu eyni bir neçə addımla həll olunur. Kütləni mola çevirirsən, molu tənlikdəki əmsalla tutuşdurursan, sonra istiliyi mütənasib hesablayırsan. Bu sxemi bir dəfə yaxşı öyrənsən, yanma, qrafik və kalorimetriya tapşırıqlarında hər dəfə yenidən düşünməli olmursan.

İşarəni izləmək də vacibdir: ayrılan istilik müsbət ədəddir, entalpiya dəyişməsi isə həmin halda mənfidir. Suyun qızdırılması ilə bağlı fizika məsələlərində də $Q=mc\Delta T$ düsturu ilə eyni hesabı aparırsan.

İmtahan bu mövzuda nə soruşur?

İmtahanda termokimyəvi tənliyi şərh edir, molyar yanma istiliyini və tələb olunan maddənin kütləsini hesablayırsan. Qrafikdən istilik–kütlə əlaqəsini oxuyur, məhsulun miqdarındakı artıma uyğun istiliyi tapırsan. Bir prosesin verdiyi enerjinin digərinə kifayət edib-etmədiyini də müəyyənləşdirirsən.

Qayda

Reaksiya növləri: birləşmədə bir neçə maddədən bir maddə, parçalanmada bir maddədən bir neçə maddə alınır. Əvəzetmədə sadə maddə mürəkkəb maddədəki elementi əvəz edir; mübadilədə iki mürəkkəb maddə tərkib hissələrini dəyişir.
Homogen reaksiya bir fazada gedir; heterogen reaksiya müxtəlif fazaların təmas səthində baş verir. Oksigenlə yanma istilik ayırır. Eyni reaksiyanı müxtəlif əlamətlərinə görə təsnif etmək olar.
Entalpiya dəyişməsi: $\Delta H=H_{\text{məhsullar}}-H_{\text{başlanğıc}}$ . Ekzotermik prosesdə $\Delta H<0$ , endotermik prosesdə $\Delta H>0$ olur. Ayrılan və ya udulan istiliyin miqdarı soruşulduqda müsbət qiymət yazılır.
Termokimyəvi tənlikdə istilik əmsallarla göstərilən mol miqdarlarına aiddir. Bütün əmsalları eyni ədədə vurduqda $\Delta H$ da həmin ədədə vurulur; reaksiyanı tərsinə çevirdikdə işarə dəyişir.
Molyar yanma istiliyi üçün $q_m=Q/n$ , xüsusi yanma istiliyi üçün $q=Q/m$ ; $n=m/M$ . Vahidlər müvafiq olaraq kC/mol və kC/q-dır. Yanma entalpiyası isə mənfi işarəlidir.
Qrafikdə əvvəl oxların adlarını yoxla. Eyni maddə eyni şəraitdə tam reaksiyaya girdikdə $Q/m$ sabitdir. Məhsul əvvəlcədən varsa, hesablamaya yalnız yeni yaranan miqdarı daxil et. İtkisiz istilik ötürülməsində ayrılan enerji udulan enerjiyə bərabərdir.
Kalorimetriya: suyun aldığı istilik $Q=mc\Delta T$ ilə tapılır. Suyun xüsusi istilik tutumu təxminən $4{,}2\ \text{C}/(\text{q}\times{}^\circ\text{C})$ -dir. İtkilər nəzərə alınmadıqda bu istilik yanacağın verdiyi enerjiyə bərabərdir.
Hess qanununa görə ümumi entalpiya dəyişməsi mərhələlərin entalpiya dəyişmələrinin cəmidir. Standart əmələgəlmə entalpiyalarından hesablayarkən əmsalları nəzərə alaraq məhsulların cəmindən başlanğıc maddələrin cəmini çıx.
Rabitə enerjisi: rabitələrin qırılması enerji tələb edir, yaranması enerji ayırır. $\Delta H\approx\sum E_{\text{qırılan}}-\sum E_{\text{yaranan}}$ . Qidanın enerji dəyəri porsiyanın kütləsinə mütənasib hesablanır; $1\ \text{kkal}=4{,}184\ \text{kC}$ .

Tapşırıqlarda işlənən düsturlar

Öyrənilməli düstur

q=\frac{Q}{n}

$Q$ tam yanmada ayrılan istilik, $n$ yanmış maddənin miqdarı, $q$ isə molyar yanma istiliyidir. Bir mola düşən istiliyi tapmaq üçün ümumi istiliyi mol miqdarına böl.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}Q=\frac{n}{n_0}\lvert\Delta H\rvert \\[6pt] n=\frac{m}{M}\end{gathered}

2 tapşırıqda

$Q$ istiliyin miqdarı, $n$ sərf olunan maddənin miqdarı, $n_0$ tənlikdə həmin maddəyə uyğun mol miqdarı, $\Delta H$ tənliyin entalpiya dəyişməsi, $m$ kütlə, $M$ molyar kütlədir. İstilik udulduqda entalpiya dəyişməsi müsbətdir; itki yoxdursa, yanacağın verdiyi istiliyi parçalanmanın tələb etdiyi istiliyə bərabərləşdir.

$Q$ ayrılan istilik, $n$ yanmış maddənin miqdarı, $n_0$ tənlikdə həmin maddəyə uyğun mol miqdarı, $\Delta H$ tənliyin entalpiya dəyişməsi, $m$ kütlə, $M$ molyar kütlədir. Yanma üçün $\Delta H$ mənfidir; qrafikdən istiliyi kütləyə mütənasib hesabla və eyni istiliyi verən digər metalın kütləsini tap.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}\Delta H_{\mathrm{yeni}}=k\Delta H \\[6pt] \Delta H_{\mathrm{\text{əks}}}=-\Delta H\end{gathered}

Tənliyin əmsallarını $k$ dəfə dəyişdikdə ona uyğun entalpiya dəyişməsi də $k$ dəfə dəyişir. Reaksiyanın istiqamətini çevirdikdə entalpiyanın işarəsi dəyişir, modul isə saxlanır; hər fikirdə verilən mol miqdarını tənliyin əmsalları ilə tutuşdur.

Öyrənilməli düstur

\frac{Q}{m}=\frac{Q_0}{m_0},\qquad m_0=n_0M

$Q$ və $Q_0$ eyni yanacağın müvafiq $m$ və $m_0$ kütlələrinin tam yanmasında ayrılan istiliklər, $n_0$ tənliyə uyğun mol miqdarı, $M$ molyar kütlədir. Qrafikdə oxların adlarına diqqət et və hər nöqtədəki naməlum qiyməti istiliklə kütlənin düz mütənasibliyindən tap.

Öyrənilməli düstur

Q=\frac{n_B-n_A}{n_0}\lvert\Delta H\rvert

$n_A$ və $n_B$ məhsulun iki andakı mol miqdarı, $n_0$ tənlik üzrə yaranan məhsulun mol miqdarı, $\Delta H$ həmin tənliyin entalpiya dəyişməsi, $Q$ ayrılan istilikdir. Hesablamada qabdakı bütün məhsulu deyil, seçilən müddətdə yaranan əlavə miqdarı götür; bir mol üçün bu artımı bir mol qəbul et.

Öyrənilməli düstur

Q=nq

$n$ tam yanan maddənin mol miqdarı, $q$ bir molun yanmasında ayrılan istilik, $Q$ ümumi istilikdir. Cədvəldəki molyar qiyməti verilən maddə miqdarına vur.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}\Delta H_f=\frac{\Delta H}{n_{P,0}} \\[6pt] Q=\frac{n_A-n_B}{n_{R,0}}\lvert\Delta H\rvert\end{gathered}

2 tapşırıqda

Sadə maddələrdən alınmada $\Delta H_f$ molyar əmələgəlmə entalpiyası, $\Delta H$ tənliyin entalpiya dəyişməsi, $n_{P,0}$ və $n_{R,0}$ tənliyə uyğun məhsul və seçilmiş reagent miqdarlarıdır. Qrafikdə reagentin $n_A-n_B$ azalmasını mol ilə götürüb udulan $Q$ istiliyini hesabla; müsbət entalpiya dəyişməsi enerjinin udulmasını bildirir.

Sadə maddələrdən alınmada $\Delta H_f$ molyar əmələgəlmə entalpiyası, $\Delta H$ tənliyin entalpiya dəyişməsi, $n_{P,0}$ və $n_{R,0}$ tənliyə uyğun məhsul və seçilmiş reagent miqdarlarıdır. Reagentin qrafikdən oxunan $n_A-n_B$ azalmasını mol ilə götür; istilik ayrıldıqda $\Delta H_f$ mənfi, ayrılan $Q$ istiliyinin miqdarı isə müsbət yazılır.

Öyrənilməli qayda

Mübadilədə iki mürəkkəb maddənin tərkib hissələri qarşılıqlı dəyişir və yeni birləşmələr yaranır. Bu əlamətlə uyğun reaksiyaları seç, sonra yalnız onların məhsul əmsallarını topla; formulun qarşısında əmsal görünmürsə, onu bir götür.

Özün hesabla

Tənliyə və əmsallara bax, istiliyi kC ilə yaz. Ayrılan və ya udulan istiliyi müsbət ədədlə yaz.

Nümunələr

Yanacağın

0{,}4

molu yanarkən

320

kC ayrılır. Molyar yanma istiliyini tap:

q_m=320/0{,}4=800\ \text{kC/mol}

Qrafikdə $8$ q yanacağa $200$ kC uyğundur. $500$ kC tələb edən prosesi itkisiz qızdırmaq üçün $m=8\times500/200=20$ q yanacaq lazımdır.

$\mathrm{N_2+3H_2\rightarrow2NH_3}$ üçün $\Delta H=-92\ \text{kC}$ . Ammonyakın miqdarı $0{,}3$ moldan $0{,}9$ mola yüksəlirsə, yeni yaranan miqdar $0{,}6$ moldur. Ayrılan istilik $Q=(0{,}6/2)\times92=27{,}6\ \text{kC}$ olur.

Rabitə enerjiləri:

E(\mathrm{H{-}H})=436

kC/mol,

E(\mathrm{Cl{-}Cl})=243

kC/mol,

E(\mathrm{H{-}Cl})=432

kC/mol.

\mathrm{H_2+Cl_2\rightarrow2HCl}

reaksiyasının

\Delta H

-ını təxmini hesabla.

Həllə bax

Qırılan rabitələr: bir $\mathrm{H{-}H}$ və bir $\mathrm{Cl{-}Cl}$ . Onlara $436+243=679$ kC sərf olunur.
Yaranan rabitələr: iki $\mathrm{H{-}Cl}$ . Onlar yarananda $2\times432=864$ kC ayrılır.
$\Delta H\approx679-864=-185$ kC. İşarə mənfidir, deməli reaksiya ekzotermikdir.

$\Delta H\approx-185$ kC, yəni 2 mol $\mathrm{HCl}$ yarananda təxminən $185$ kC istilik ayrılır.

Tipik səhv

$\mathrm{2H_2+O_2\rightarrow2H_2O}$ , qrafikdə ayrılan istilik $+572$ kC göstərilib. Deməli 1 mol $\mathrm{H_2}$ yananda $\Delta H=+572$ kC.

$572$ kC 2 mol $\mathrm{H_2}$ -yə aiddir və ayrılıb. 1 mol $\mathrm{H_2}$ üçün ayrılan istilik $Q=572/2=286$ kC, entalpiya dəyişməsi isə $\Delta H=-286$ kC olur.

Tənliyin istiliyini avtomatik olaraq bir mola aid etmə: əvvəl seçdiyin maddənin əmsalına bax.

Qrafikdə müsbət göstərilən ayrılmış istiliyi müsbət entalpiya dəyişməsi sayma: istilik ayrılması reaksiyanın entalpiyasını azaldır, ona görə $\Delta H<0$ olur.

Özünü yoxla

$\mathrm{Zn+CuSO_4\rightarrow ZnSO_4+Cu}$ reaksiyasının növünü müəyyən et.

$\mathrm{2CO+O_2\rightarrow2CO_2}$ reaksiyası üçün $\Delta H=-566$ kC-dir. Reaksiyanı tərsinə çevirib bütün əmsalları iki dəfə artırsan, yeni tənliyin entalpiya dəyişməsi neçə kC olar?

$\mathrm{2Mg+O_2\rightarrow2MgO}$ reaksiyası üçün $\Delta H=-1200$ kC-dir. $6$ q maqnezium tam yandıqda ayrılan istiliyi tap. $M(\mathrm{Mg})=24$ q/mol.

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et və hər birinin izahına bax.

Mövzu üzrə sınaq, I qrup (RK)Mövzu üzrə sınaq, IV qrup

Digər mövzular

Bütün Kimya mövzuları

Dərslikdə bu mövzu

Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Entalpiya», səh. 58
Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «İstiliyin ölçülməsi», səh. 64
Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Standart entalpiya dəyişməsi. Hess qanunu», səh. 69
Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Rabitə enerjisi», səh. 78
Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Qidanın enerji dəyərinin hesablanması», səh. 84
Dərslik: Kimya, 8-ci sinif, «Birləşmə, parçalanma, əvəzetmə və mübadilə reaksiyaları», səh. 75
Dərslik: Kimya, 8-ci sinif, «Homogen və heterogen reaksiyalar», səh. 78
Dərslik: Kimya, 8-ci sinif, «Yanma reaksiyaları», səh. 34
Dərslik: Kimya, 7-ci sinif, «Ekzotermik və endotermik reaksiyalar», səh. 35