Энтальпия и изобарный процесс

9 заданий

Зачем нужна энтальпия

Большинство реакций идёт в открытых сосудах — при постоянном давлении. Тогда система совершает работу расширения \(W = -p\Delta V\), и первое начало даёт

\[Q_p = \Delta U - W = \Delta U + p\Delta V = \Delta(U + pV).\]

bookmarkЭнтальпия

\(H = U + pV\) — функция состояния. При постоянном давлении, если никакой работы, кроме расширения, нет, теплота процесса равна изменению энтальпии: \(Q_p = \Delta H\).

ruleКогда \(Q = \Delta H\)

давление постоянно (открытый сосуд, поршень под постоянной нагрузкой);
совершается только работа расширения — не электрическая (в гальваническом элементе теплота не равна \(\Delta H\), тема 9).

Энтальпия удобна тем, что работу атмосферы учитывать не нужно: она уже «встроена» в \(\Delta H\). Отсюда: \(\Delta H < 0\) — экзотермический процесс, \(\Delta H > 0\) — эндотермический.

infoИз истории

Слово «энтальпия» (от греческого «нагревать внутри») предложил нидерландский физик Хейке Камерлинг-Оннес в начале XX века — тот самый, что впервые получил жидкий гелий (1908) и открыл сверхпроводимость (1911).

ΔH и ΔU реакции

Для реакции \(\Delta H = \Delta U + \Delta(pV)\). Объёмы твёрдых и жидких веществ малы; для газов \(pV = nRT\), поэтому

\[\Delta_rH = \Delta_rU + \Delta\nu_\text{газ}\,RT,\]

где \(\Delta\nu_\text{газ}\) — изменение числа молей газа по уравнению реакции (как в уроке 22).

edit_noteСгорание этанола

\(\ce{C2H5OH(l) + 3O2(g) -> 2CO2(g) + 3H2O(l)}\): \(\Delta\nu_\text{газ} = 2 - 3 = -1\). Бомба дала \(\Delta_cU = -1364{,}3\) кДж/моль; \(\Delta_cH = -1364{,}3 + (-1)\cdot8{,}314\cdot298\cdot10^{-3} = -1366{,}8\) кДж/моль.

Разница \(RT = 2{,}48\) кДж/моль при 298 К мала по сравнению с теплотами сгорания, но в точных расчётах и олимпиадных задачах её учитывают. При \(\Delta\nu_\text{газ} = 0\) (сгорание глюкозы: 6 моль \(\ce{O2}\) → 6 моль \(\ce{CO2}\)) \(\Delta H = \Delta U\).

Энтальпийная диаграмма

Энтальпии веществ изображают уровнями на вертикальной оси. Стрелка вниз — экзотермический переход (\(\Delta H < 0\)), вверх — эндотермический. Для реакции через промежуточное состояние изменения складываются — энтальпия функция состояния.

Чтение диаграммы — отдельное умение, которое проверяют на олимпиадах (заключительный этап Московской олимпиады 2026 года, задача 3): найти по уровням тепловой эффект, определить, какая стадия экзо-, какая эндотермическая, и сравнить пути.

task_altПроверка знака

Продукты ниже реагентов — теплота выделяется, \(\Delta H < 0\); при расчёте калориметрии это должно совпасть с ростом температуры.

push_pinГлавное

\(H = U + pV\); при постоянном давлении и только работе расширения \(Q_p = \Delta H\); для реакции с газами \(\Delta H = \Delta U + \Delta\nu_\text{газ}RT\).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.