エンタルピーと化学反応

学習目標

1. エンタルピーを定義します。
2. 化学反応のエンタルピー変化を適切に表現する。
3. エンタルピーの変化が実験的にどのように測定されるかを説明します。エネルギー、仕事、熱がどのように関連しているかを示したので、化学反応におけるエネルギー変化を検討する準備が整いました。 基本的な概念は、すべての化学反応がエネルギーの同時変化で起こるということです。 今、私たちはこれらのエネルギー変化を適切に表現する方法を学ぶ必要があります。

   第6章”ガス”のガスの研究とセクション7.2″仕事と熱”の仕事の定義は、圧力、体積、温度などの条件がシステムのエネルギー含有量に影響することを示 私たちが必要とするのは、これらの条件のいくつかが指定されたときに保持されるエネルギーの定義です（ガスの研究における標準温度と圧力の定義 エンタルピー変化を定義する一定の圧力でのプロセスの熱;δ Hで表される。 (Δ H)圧力が一定に保持されているときのプロセスの熱として:

   Δ H≤qat一定圧力

   文字Hはエネルギーの一種”エンタルピー”を表し、Δは量の変化を意味します。 私たちは常にHの絶対値ではなく、Hの変化に興味があります。

   化学反応が起こると、エンタルピーに特徴的な変化があります。 反応のエンタルピー変化は、典型的には平衡化された化学式の後に同じ行に書かれる。 例えば、2モルの水素が1モルの酸素と反応して2モルの水を作るとき、特徴的なエンタルピー変化は570kJである。 2H2(g)+O2(g)→2H2O(λ)Δ H=-570kJと書く。. 熱化学式はモル量の式を参照すると仮定されており、個々の分子ではなくモルの観点から解釈されなければならないことを意味する。

   例5

   Pcl3(g)とCl2(g)の反応の熱化学式を書いて、-88kJのエンタルピー変化を持つPcl5(g)を作る。

   溶液

   熱化学式は

   Pcl3(g)+Cl2(g)→Pcl5(G)Δ H=-88kJ

   自分でテスト

   N2(g)とO2(g)の反応の熱化学式を書いて2NO(g)を作り、エンタルピー変化は181kJである。N2(g)+O2(g)→2NO(g)Δ H=181kJ

   あなたは、化学反応のためのΔ Hが正または負であってもよいことに気づいたかもしれません。

図7.3反応エネルギー

(a)吸熱反応では、システムのエネルギーが増加する（すなわち、エネルギーの垂直スケールで高く移動する）。 （b）発熱反応では、系のエネルギーが減少する（すなわち、エネルギーの垂直スケールでより低く移動する）。

例6

この熱化学式を考えてみましょう。2CO（g）+O2（g）→2CO2（g）Δ H=-565kJ発熱ですか吸熱ですか？ どのくらいのエネルギーが放出されたり吸収されたりしますか？定義上、負のΔ Hを有する化学反応は発熱性であり、この多くのエネルギー（この場合は565kJ）が反応によって放出されることを意味する。この熱化学式を考えてみましょう。

CO2（g）+H2（g）→CO（g）+H2O（G）Δ H=42kJ発熱ですか吸熱ですか？ どのくらいのエネルギーが放出されたり吸収されたりしますか？

答え

吸熱性;42kJが吸収される。Δ H値は実験的にどのように測定されますか？

図7.4熱量計

単純な熱量計は、いくつかのネストされた泡のコーヒーカップ、カバー、温度計、および攪拌機から構築することがで例えば、4.0gのNaOH、または0.10molのNaOHを溶解して100.0mLの水溶液を作り、3.65gのHCl、または0.10molのHClを溶解して別の100.0mLの水溶液を作るとします。 二つの溶液を絶縁熱量計に混合し、温度計を挿入し、熱量計をカバーします（設定例については図7.4″熱量計”を参照）。 温度計は、次の化学反応が起こるときの温度変化を測定します。

NaOH(aq)+HCl(aq)→NaCl(aq)+H2O(λ)

観察者は、温度が22.4℃から29.1℃に上昇することに注意しています。溶液の熱容量と密度が純水のものと同じであると仮定すると、化学反応のエンタルピー変化を決定するために必要な情報が得られました。 溶液の総量は200.0mLであり、密度は1.00g/mLであり、したがって溶液は200.0gである。 Qの式を使用して、実験測定値と水の比熱（表7.1″様々な物質の比熱”）を代入します。

q=(200.0g)(4.184J g≤°C)(6.7°C)

qを解くと、反応に対して

q=5,600J≤Δ Hが得られます

化学反応は一定の圧力で起こるため、熱qは反応のΔ Hに等しくなります。 しかし、反応はこの量のエネルギーを放出しているので、Δ H上の実際の符号は負である:

Δ H=-5,600j反応のための

したがって、我々は熱量計で発生した化学反応のための次の熱化学式を持っています：

110NaOH（aq）+110HCl（aq）→110NaCl（aq）+110H2O（λ）Δ H=-5,600J

1/10係数は、各反応物のモルの十分の一から始まったことを思い出させるために存在しているので、我々は一つの反応物を作る。各製品のモルの第十。 しかし、典型的には、モルの10分の1ではなく、モルの観点から熱化学方程式を報告します。 モル量にスケールアップするには、係数に10を乗算する必要があります。 しかし、これを行うと、10倍のエネルギーが得られます。 したがって、我々は持っています

NaOH(aq)+HCl(aq)→NaCl(aq)+H2O(λ)Δ H=-56,000J

Δ HはkJ単位に変換することができるので、私たちの最終的な熱化学式は

NaOH(aq)+HCl(aq)→NaCl(aq)+H2O(λ)Δ H=-56kJ

私たちはちょうど熱量測定から私たちの実験データを取り、のエンタルピー変化を決定しました。化学反応だ 他の化学反応に関する同様の測定値は、研究したい化学反応のΔ H値を決定することができます。