Entalpia delle reazioni: Approfondimento e Esercizi svolti
L’entalpia delle reazioni è legata al calore rilasciato o assorbito durante il loro svolgimento. Per calcolare le variazioni di energia in queste reazioni, si utilizzano generalmente le funzioni di stato, come l’entalpia delle reazioni. Le reazioni esotermiche, che comportano un rilascio di energia, presentano un ΔH negativo. Ad esempio, la reazione di combustione del metano è rappresentata dalla seguente equazione:
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) con una variazione di entalpia ΔH di -890.4 kJ, che può essere riscritta come:
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) + 890.4 kJ.
Nelle reazioni endotermiche, che comportano un assorbimento di energia, il ΔH è positivo. Un esempio è la reazione tra diossido di carbonio e acqua:
CO2(g) + H2O(g) → CH4(g) + 2 O2(g) con una variazione di entalpia ΔH di 890.4 kJ, che può essere anche scritta come:
CO2(g) + H2O(g) + 890.4 kJ → CH4(g) + 2 O2(g).
Per determinare il calore sviluppato o assorbito in una reazione, bisogna tenere conto del numero di moli che reagiscono. Ad esempio, nella reazione di combustione del metano, una mole di CH4 reagisce con due moli di O2 per produrre, oltre ai prodotti della reazione, un’energia di 890.4 kJ.
Esercizi svolti
1) La decomposizione del sodio idrogeno solfato avviene secondo la reazione:
2 NaHSO4(s) → Na2SO4(s) + H2O(g) + SO3(g) con una variazione di entalpia ΔH = -231.3 kJ. Calcolare la quantità di energia sviluppata se si decompongono 3.60 g di NaHSO4.
Essendo la reazione esotermica, può essere scritta come:
2 NaHSO4(s) → Na2SO4(s) + H2O(g) + SO3(g) + 231.3 kJ.
Le moli di NaHSO4 sono pari a 3.60 g / 120.1 g/mol = 0.0300. Dalla decomposizione di 2 moli di NaHSO4 si ottengono 231.3 kJ, quindi impostando la proporzione 2 : 231.3 = 0.0300 : x, si ottiene che dalla decomposizione di 0.0300 moli di NaHSO4 si ottengono 3.47 kJ.
2) L’idrazina reagisce con l’ossigeno secondo la reazione:
N2H4(l) + 3 O2(g) → 2 H2O(g) + 2 NO2(g) a cui è associata una variazione di entalpia ΔH = -400 kJ. Calcolare il calore sviluppato se sono stati ottenuti 9.20 g di NO2(g).
Essendo la reazione esotermica, può essere scritta come:
N2H4(l) + 3 O2(g) → 2 H2O(g) + 2 NO2(g) + 400 kJ.
Le moli di NO2 sono pari a 9.20 g / 46.0 g/mol = 0.200. Dalla decomposizione di 2 moli di NO2 si sviluppano 400 kJ, quindi impostando la proporzione 2 : 400 = 0.200 : x, si ottiene che dalla formazione di 0.200 moli di NO2 si sviluppano 40.0 kJ.
Nella risoluzione degli esercizi si deve tenere presente che per la reazione che decorre da destra a sinistra, con variazione di entalpia ΔH = +566 kJ, l’entalpia è uguale in valore assoluto a quella della reazione diretta ma ha segno opposto.
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