Výpočet Reakční Entalpie (ze Slučovacích Tepel)

Vítejte! Dnes se společně podíváme na jednu ze základních dovedností v termochemii – výpočet reakční entalpie (ΔH°r). Ukážeme si, jak ji jednoduše spočítat, pokud známe slučovací entalpie (ΔH°sl) jednotlivých látek v reakci.

Princip Metody

Představte si chemickou reakci jako přestavbu domu z LEGO kostek. Nejdříve musíte dům "rozbít" na jednotlivé kostky (dodat energii) a z nich pak postavit nový dům (energie se uvolní). Rozdíl těchto energií je celková energetická bilance přestavby.

V chemii je to podobné. Reakční entalpie je rozdíl mezi energií "uloženou" v produktech a energií "uloženou" v reaktantech. K výpočtu použijeme tzv. Hessův zákon, který nám pro tento případ říká:

ΔH°r = Σ ΔH°sl(produkty) - Σ ΔH°sl(reaktanty)

Kde:
Σ (sigma) znamená "součet".
ΔH°sl je standardní slučovací entalpie látky [kJ/mol].
Musíme brát v úvahu stechiometrické koeficienty (počty molů) z vyčíslené rovnice!

Příklad 1: Spalování methanu

Vypočítejte standardní reakční entalpii pro spalování methanu (zemního plynu) na oxid uhličitý a vodní páru.

Krok 1: Sestavení a vyčíslení chemické rovnice

Nejdříve musíme správně zapsat rovnici a zajistit, aby počty atomů na obou stranách seděly.

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Krok 2: Nalezení hodnot slučovacích entalpií

Tyto hodnoty najdeme v chemických tabulkách. Je klíčové dávat pozor na skupenství látek (g - plyn, l - kapalina, s - pevná látka).

  • ΔH°sl(CH4, g) = -74.8 kJ/mol
  • ΔH°sl(O2, g) = 0 kJ/mol (prvek ve standardním stavu má nulovou slučovací entalpii!)
  • ΔH°sl(CO2, g) = -393.5 kJ/mol
  • ΔH°sl(H2O, g) = -241.8 kJ/mol
Krok 3: Aplikace vzorce (Produkty - Reaktanty)

Sečteme entalpie produktů a odečteme od nich součet entalpií reaktantů. Nezapomeneme násobit stechiometrickými koeficienty!

Σ ΔH°sl(produkty) = [1 × ΔH°sl(CO2)] + [2 × ΔH°sl(H2O)]

Σ ΔH°sl(produkty) = [1 × (-393.5)] + [2 × (-241.8)] = -393.5 - 483.6 = -877.1 kJ


Σ ΔH°sl(reaktanty) = [1 × ΔH°sl(CH4)] + [2 × ΔH°sl(O2)]

Σ ΔH°sl(reaktanty) = [1 × (-74.8)] + [2 × 0] = -74.8 kJ


ΔH°r = (-877.1) - (-74.8) = -877.1 + 74.8

ΔH°r = -802.3 kJ/mol

Výsledek je záporný, jedná se tedy o exotermickou reakci. Při spálení 1 molu methanu se uvolní 802.3 kJ tepla. To je důvod, proč zemním plynem topíme.

Příklad 2: Syntéza amoniaku (Haber-Boschův proces)

Vypočítejte standardní reakční entalpii pro syntézu amoniaku z dusíku a vodíku.

Krok 1: Sestavení a vyčíslení chemické rovnice
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Krok 2: Nalezení hodnot slučovacích entalpií
  • ΔH°sl(N2, g) = 0 kJ/mol (prvek ve standardním stavu)
  • ΔH°sl(H2, g) = 0 kJ/mol (prvek ve standardním stavu)
  • ΔH°sl(NH3, g) = -46.1 kJ/mol
Krok 3: Aplikace vzorce (Produkty - Reaktanty)

Σ ΔH°sl(produkty) = [2 × ΔH°sl(NH3)] = 2 × (-46.1) = -92.2 kJ

Σ ΔH°sl(reaktanty) = [1 × ΔH°sl(N2)] + [3 × ΔH°sl(H2)] = [1 × 0] + [3 × 0] = 0 kJ

ΔH°r = (-92.2) - (0)

ΔH°r = -92.2 kJ/mol

Opět se jedná o exotermickou reakci. Při vzniku 2 molů amoniaku se uvolní 92.2 kJ tepla.

Příklad 3: Rozklad vápence

Vypočítejte standardní reakční entalpii pro tepelný rozklad uhličitanu vápenatého (vápence) na oxid vápenatý (pálené vápno) a oxid uhličitý. Tento proces probíhá ve vápenkách.

Krok 1: Sestavení a vyčíslení chemické rovnice
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
Krok 2: Nalezení hodnot slučovacích entalpií
  • ΔH°sl(CaCO3, s) = -1206.9 kJ/mol
  • ΔH°sl(CaO, s) = -635.1 kJ/mol
  • ΔH°sl(CO2, g) = -393.5 kJ/mol
Krok 3: Aplikace vzorce (Produkty - Reaktanty)

Σ ΔH°sl(produkty) = [1 × ΔH°sl(CaO)] + [1 × ΔH°sl(CO2)]

Σ ΔH°sl(produkty) = [1 × (-635.1)] + [1 × (-393.5)] = -1028.6 kJ


Σ ΔH°sl(reaktanty) = [1 × ΔH°sl(CaCO3)] = -1206.9 kJ


ΔH°r = (-1028.6) - (-1206.9) = -1028.6 + 1206.9

ΔH°r = +178.3 kJ/mol

Výsledek je kladný, jedná se tedy o endotermickou reakci. Abychom rozložili 1 mol vápence, musíme mu dodat 178.3 kJ tepla. Proto se vápenec musí pálit při vysokých teplotách.

Klíčové body k zapamatování