Výhřevnost - je to množství tepla, které se uvolňuje nebo absorbuje chemickou reakcí. V tomto případě uvažujeme o reakci spalování vodíku v chloru. Vodík a chlor jsou velmi reaktivní prvky a jejich kombinace vede k tvorbě kyseliny.
Abychom určili množství tepla uvolněného nebo absorbovaného při reakci, musíme vědět teplo vzdělání každá látka zapojená do reakce. V tomto případě voda vzniká spalováním 4 gramů vodíku v chloru. Teplo tvorby vody z vodíku a chloru je -285,8 kJ/mol.
Abychom vypočítali množství tepla uvolněného při spalování 4 gramů vodíku v chloru, můžeme použít hessův zákon. Podle tohoto zákona se změna reakčního tepla rovná rozdílu v tepelných vzorcích produktů a výchozích činidel.
Množství tepla při spalování 4 gramů vodíku v chlóru
Při spalování 4 gramů vodíku se v chlóru uvolňuje určité množství tepla. Tepelné rozptylování vodíku a chloru probíhá podle následující rovnice:
Podle této rovnice se při plném spalování 1 molu vodíku uvolňuje 92,3 kj tepla.
Pro výpočet množství tepla uvolněného při spalování 4 gramů vodíku je nutné nejprve vyjádřit množství vodíku v molech. Molární hmotnost vodíku je přibližně 1 g / mol.
Počet molů vodíku = hmotnost vodíku / molární hmotnost vodíku = 4 g / 1 g / mol = 4 mol
Při spalování se tedy uvolní 4 gramy vodíku v chlóru:
Množství tepla = počet molů vodíku * teplo tvorby 1 molu HCl
Množství tepla = 4 mol * 92,3 kJ / mol = 369,2 kj
Takže při spalování 4 gramů vodíku se v chloru uvolní 369,2 kj tepla.
Tepelný efekt spalovací reakce
K určení množství tepla uvolněného při spalování látky je nutné znát množství látky zapojené do reakce a entalpii spalování, která ukazuje, kolik energie se uvolňuje při úplné oxidaci dané látky.
| Činidlo | Reakční koeficienty | Spalovací entalpie (kJ/mol) |
|---|---|---|
| Vodík (H2) | 1 | -285.8 |
| Chlor (Cl2) | 1 | -222.0 |
| Vodíkový chlorid (HCl) | 2 | -92.3 |
Pro příklad zvažte spalovací reakci 4 gramů vodíku v chloru:
Vodík (H2+ Chlor (Cl2 Vodíkový chlorid (HCl)
Molární hmotnost vodíku (H2) rovná se 2 g/mol, proto se množství látky vodíku rovná 2 g/2 g/mol = 1 mol.
Molární hmotnost chloru (Cl2) rovná se 71 g/mol, proto se množství látky chloru rovná 71 g/71 g/mol = 1 mol.
Podle chemické rovnice reakce se v této reakci 2 moly vodíku spojí se 2 moly chloru a vytvoří 4 moly vodíkového chloridu:
2 mol vodíku × (-285.8 kJ/mol) = -571.6 kj
2 mol chlóru × (-222.0 kJ/mol) = -444.0 kj
4 moly vodíkového chloridu × (-92.3 kJ/mol) = -369.2 kj
Celkový tepelný efekt spalovací reakce uvolněný při spalování 4 gramů vodíku v chlóru se rovná:
-571.6 kj + (-444.0 kj) + (-369.2 kj) = -1384.8 kj (kilojoulů).
Při spalování 4 gramů vodíku se tak v chloru uvolní 1384,8 kilojoulů tepla.
Výpočet množství tepla
K určení množství tepla uvolněného při spalování 4 gramů vodíku v chlóru je nutné použít reakci mezi těmito látkami:
H2 + Cl2 → 2HCl + Q
kde H2 - molekula vodíku, Cl2 - molekula chloru, HCl je chlorovodík a Q je množství uvolněného tepla.
Hmotnost vodíku zapojeného do reakce je 4 gramy. Pro výpočet množství tepla je nutné znát molární hmotnost látky a entalpii reakce.
Molární hmotnost vodíku (H2) rovná se 2 g / mol, protože molární hmotnost prvku vodíku je 1 g / mol a v jedné molekule H2 obsahuje 2 atomy vodíku.
Pro výpočet množství molů vodíku je nutné rozdělit jeho hmotnost na molární hmotnost:
n (mol) = hmotnost (g) / molární hmotnost (g/mol)
Počet molů vodíku se tedy rovná:
n = 4 g / 2 g / mol = 2 mol
Podle reakční rovnice každá molekula vodíku (H2) se spojuje s jednou molekulou chloru (Cl2tvoří dvě molekuly chlorovodíku (2HCl). To znamená, že každý mol vodíku odpovídá dvěma molům chlorovodíku.
V důsledku toho bude počet molů chlorovodíku (HCl) :
n (HCl) = 2 mol * 2 = 4 mol
Pro výpočet množství uvolněného tepla (Q) se používá vzorec:
Q = n (mol) * ΔH (J/mol)
Kde ΔH (entalpie reakce) se rovná entalpii tvorby chlorovodíku.
K určení množství uvolněného tepla při spalování 4 gramů vodíku v chloru je tedy nutné vynásobit počet molů chlorovodíku entalpií reakce.
Standardní spalovací entalpie
Standardní spalovací entalpie je veličina, která určuje množství tepla uvolněného při plném spalování látky za standardních podmínek. Měří se v kJ/mol.
Stanovení standardní spalovací entalpie je důležitým aspektem v chemii, protože umožňuje posoudit energetické charakteristiky chemických reakcí. Při spalování látky dochází k reakci s oxidačním činidlem, které uvolňuje teplo.
Pro stanovení standardní spalovací entalpie je nutné znát množství uvolněného tepla a množství látky zapojené do reakce. Velikost Standardní spalovací entalpie je způsobena standardními podmínkami: teplota 298k (25°C) a tlak 1 atm.
K určení množství tepla uvolněného při spalování 4 gramů vodíku v chloru je nutné znát entalpii tvorby spalovacích produktů. Pro upřesněná data jsou zapotřebí tabulky příslušných hodnot entalpií reakcí.
| Látka | Formule | Standardní entalpie vzdělávání (kJ/mol) |
|---|---|---|
| Vodík | H2 | 0 |
| Cl | Cl2 | 0 |
| Vodní pára | H2O | -241.82 |
| Kyselina chlorovodíková | HCl | -92.31 |
Pro reakci spalování vodíku v chloru lze pomocí uvedených údajů určit množství uvolněného tepla. Nejprve je nutné vypočítat množství přiděleného tepla při tvorbě vody:
ΔHvzdělání = 2 * (-241.82) = -483.64 kJ / mol
Poté je třeba vypočítat množství uvolněného tepla při tvorbě kyseliny chlorovodíkové:
ΔHvzdělání = 2 * (-92.31) = -184.62 kJ / mol
Dále se vypočítá množství tepla při spalování vodíku v chlóru:
ΔHspalování = ΔHvzdělání (voda) - ΔHvzdělávání (HCl)
ΔHspalování = -483.64 - (-184.62) = -299.02 kJ / mol
Nyní lze vypočítat množství tepla při spalování 4 gramů vodíku v chlóru:
Molární hmotnost H2 = 2 g / mol
Molární hmotnost Cl2 = 71 g / mol
Hmotnost H2 v reakci = (4 g * 2 g / mol) / (2 g / mol + 71 g / mol) ≈ 0.11 g
ΔHspalování = -299.02 kJ / mol * (0.11 g / 2 g / mol) -16.45 kj
Při spalování 4 gramů vodíku se tedy v chlóru uvolní přibližně 16.45 kj tepla.
Tepelné účinky v reakcích s vodíkem a chlorem
Rovnice reakce spalování vodíku v chloru je následující:
V této reakci reagují 4 gramy vodíku s chlorem a tvoří 2 gramy kyseliny chlorovodíkové.
Podle Hessova zákona se změna entalpie (tepla) reakce rovná rozdílu entalpií produktů a reaktantů:
ΔH = ΣHvýrobků - ΣHčinidlo
Pro tuto reakci lze změnu entalpie vypočítat pomocí hodnot entalpií tvorby produktů a reaktantů. V tomto případě je entalpie tvorby kyseliny chlorovodíkové -92,3 kJ/mol a entalpie tvorby vodíku a chloru je 0 kJ / mol, protože se jedná o prvky ve volném stavu.
Celková entalpie produktů (2HCl) je tedy -184,6 kJ / mol a entalpie reaktantů (H2 a Cl2) rovná se 0 kJ/mol.
Na základě těchto informací lze vypočítat změnu entalpie reakce:
ΔH = -184,6 kJ / mol-0 kJ / mol = -184,6 kJ / mol
Při spalování 4 gramů vodíku bude tedy v chloru uvolněno 92,3 kj tepla.
Srovnání s jinými spalovacími reakcemi
Při spalování 4 gramů vodíku se v chlóru uvolní určité množství tepla. Jeden mol vodíku o hmotnosti 2 gramů reaguje s jedním mol chloru o hmotnosti 71 gramů a tvoří dva moly chloridu vodíku o hmotnosti 73 gramů. Hmotnost reagujících látek je:
| Látka | Hmotnost (g) |
|---|---|
| Vodík (H2) | 4 |
| Chlor (Cl2) | 71 |
Spalovací teplo jednoho molu vodíku je 286 kj. Proto lze množství tepla uvolněného při spalování 4 gramů vodíku v chlóru vypočítat pomocí následujícího vzorce:
Množství tepla = počet molů reagujících látek × spalovací teplo jednoho molu látky.
Počet molů vodíku = hmotnost vodíku / molární hmotnost vodíku = 4 g / 2 g / mol = 2 mol
Počet molů chloru = hmotnost chloru / molární hmotnost chloru = 71 g / 71 g / mol = 1 mol
Počet molů chloridu vodíku = 2 mol
Množství tepla se tedy uvolňuje při spalování 4 gramů vodíku v chlóru je:
Množství tepla = počet molů chloridu vodíku × spalovací teplo jednoho molu vodíku = 2 mol × 286 kJ / mol = 572 kj
Porovnáním této reakce s jinými spalovacími reakcemi lze poznamenat, že uvolňuje vysoké množství tepla. Například při spalování jednoho molu metanu se uvolňuje pouze 890 kj tepla a při spalování jednoho molu ethylalkoholu přibližně 1367 kj. Reakce spalování vodíku v chloru je energeticky výhodnější.