Как найти энтальпию вещества в реакции

Была ли эта статья полезной?

Материалы из методички: Сборник задач по теоретическим основам химии для студентов заочно-дистанционного отделения / Барботина Н.Н., К.К. Власенко, Щербаков В.В. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. -155 с.

Тепловой эффект процесса

Термохимические уравнения

Закон Гесса

Следствия из закона Гесса

Стандартные термодинамические величины

Стандартные энтальпии образования и сгорания

Примеры решения задач

Задачи для самостоятельного решения

Тепловой эффект процесса

Количество выделенной (или поглощенной) теплоты Q в данном процессе называют тепловым эффектом процесса. Экзотермической является реакция, протекающая с выделением теплоты, а эндотермической – с поглощением теплоты из окружающей среды.

Для лабораторных и промышленных процессов наиболее типичен изобарный режим (Р=const). Поэтому обычно рассматривают тепловой эффект при Р,Т = const, т.е. изменение энтальпии процесса ΔН.

Следует отметить, что абсолютные значения энтальпии Н определить не представляется возможным, так как не известна абсолютная величина внутренней энергии.

Для экзотермической реакции (Q > 0) ΔН < 0, а в эндотермическом процессе (Q < 0) ΔН > 0.

Термохимические уравнения

Химические уравнения, в которых дополнительно указывается величина изменения энтальпии реакции, а также агрегатное состояние веществ и температура, называются термохимическими уравнениями.

В термохимических уравнениях отмечают фазовое состояние и аллотропные модификации реагентов и образующихся веществ: г – газообразное, ж – жидкое, к – кристаллическое; S_(ромб), S_{(монокл)}, С_{(графит)}, С_(алмаз) и т.д.

Важно подчеркнуть, что с термохимическими уравнениями можно проводить алгебраические операции сложения, вычитания, деления, умножения.

Закон Гесса

Изменение энтальпии (внутренней энергии) химической реакции зависит от вида, состояния и количества исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути процесса.

Следствия из закона Гесса

1. Изменение энтальпии реакции равно сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ (суммирование проводится с учетом стехиометрических коэффициентов).
2. Изменение энтальпии реакции равно сумме энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом суммы энтальпий сгорания продуктов реакции (суммирование проводится с учетом стехиометрических коэффициентов).

Стандартные термодинамические величины

Стандартные термодинамические величины – это такие величины, которые относятся к процессам, все ингредиенты которых находятся в стандартных состояниях.

Стандартным состоянием вещества, находящегося в конденсированной фазе (кристаллической или жидкой), является реальное состояние вещества, находящегося при данной температуре и давлении 1 атм.

Следует подчеркнуть, что стандартное состояние может иметь место при любой температуре.

Обычно тепловой эффект (изменение энтальпии) реакции приводится для температуры 25^оС (298,15 К) и давления 101,325 кПа (1 атм), т.е. указывается стандартная энтальпия ΔН^о₂₉₈.

Стандартные энтальпии образования и сгорания

Стандартная энтальпия образования ΔН^о_f,298 (или ΔН^о_обр,298) – это изменение энтальпии в процессе образования данного вещества (обычно 1 моль), находящегося в стандартном состоянии, из простых веществ, также находящихся в стандартном состоянии, причем простые вещества присутствуют в наиболее термодинамически устойчивых состояниях при данной температуре.

Например, ΔН^o_f,298(Н₂О(ж)) = — 285,83 кДж/моль соответствует изменению энтальпии в процессе

Н_2(г) + ½O_2(г) = Н₂О_(ж)

при Т = 298,15 К и Р = 1 атм.

Стандартная энтальпия образования простых веществ равна нулю по определению (для наиболее устойчивых их модификаций при данной температуре).

Стандартной энтальпией сгорания ΔН^o_сгор,298 называют энтальпию сгорания вещества (обычно 1 моль), находящегося в стандартном состоянии с образованием СО_2(г), Н₂О_(ж) и других веществ, состав которых должен быть специально указан. Все продукты сгорания также должны находиться в стандартном состоянии.

Примеры решения задач

Задача 1. Используя справочные термодинамические данные вычислить ΔН^o₂₉₈ реакции:

2H₂S(г) + 3O₂(г) = 2SO₂(г) + 2H₂O(ж); ΔН^oх.р.,₂₉₈ = ?

Решение. Решим задачу, используя оба следствия из закона Гесса. Ниже для исходных веществ и продуктов реакции приведены значения энтальпий образования и сгорания в кДж/моль (энтальпия сгорания сероводорода до SO_2(г) и H₂O_(ж)):

Вещество	H2S(г)	O2(г)	SO2(г)	H2O(ж)
ΔНof,298	-20,60	0	-296,90	-285,83
ΔНoсгор,298	-562,10	0	0	0

Cогласно первому следствию закона Гесса энтальпия этой реакции ΔН^о_х.р. равна:

ΔН^о_х.р.,298 = 2ΔН^о_f,298(SO_2(г)) + 2ΔН^о_f,298(H₂O_(ж)) — 2ΔН^о_f,298(H₂S_(г)) — 3ΔН^о_f,298(O_2(г)) = 2(- 296,90) + 2(- 285,83) — 2(- 20,60) = — 1124,21 кДж.

В соответствии со вторым следствием закона Гесса получаем:

ΔН^о_х.р.,298 = 2ΔН^о_сгор,298(H₂S(г)) = 2(-562,10) = — 1124,20 кДж.

Задача 2. Вычислите ΔН^о₂₉₈ реакции N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г), используя следующие данные:

4NH_3(г) + 3O_2(г) = 2N_2(г) + 6H₂O_(ж); ΔН^о₁ = -1531,22 кДж;

2H₂O_(ж) = O_2(г) + 2H_2(г); ΔН^о₂= 571,66 кДж.

Определите стандартную энтальпию образования NH₃(г).

Решение. Поскольку с термохимическими уравнениями можно производить все алгебраические действия, то искомое уравнение получится, если:

• • • разделить на два тепловой эффект первого уравнения и изменить его знак на противоположный, т.е:

N_2(г) + 3H₂O_(ж) = 2NH_3(г) + 3/2O_2(г); ΔН^о = 765,61 кДж;

• • • умножить на 3/2 второе уравнение и соответствующую ему величину  δН^o , изменив ее знак на противоположный:

3/2O_2(г) + 3H_2(г) = 3H₂O_(ж); ΔН^о = -857,49 кДж;

• • • сложить полученные первое и второе уравнения.

Таким образом, тепловой эффект реакции N_2(г) + 3H_2(г) = 2NH_3(г) равен:

Δ Н^о₂₉₈ = (- ΔН^о₁/2) + (- 3/2·ΔН^о₂) = 765,61 + (- 857,49) = — 91,88 кДж.

Поскольку в рассматриваемой реакции образуется 2 моль NH_3(г), то

ΔН^о_f,298(NH_3(г)) = — 91,88/2 = — 45,94 кДж/моль.

Задача 3. Определите энтальпию процесса

CuSO_4(к) + 5H₂O_(ж) = CuSO₄·5H₂O_(к)

если при 298,15 К энтальпия растворения CuSO_4(к) в n моль Н₂О с образованием раствора CuSO₄(р-р, nH₂O) равна –40, а энтальпия растворения CuSO₄·5H₂O_(к) с образованием раствора той же концентрации равна +10,5 кДж/моль.

Решение. Составляем цикл Гесса:

ΔН^о₁ = ΔН^о₂ + ΔН^о_х (по закону Гесса). Отсюда получаем:

ΔН^о_х = ΔН^о₁ – ΔН^о₂ = – 40,0 – 10,5 = -50,5 кДж.

Другой вариант решения.

CuSO_4(к) + (n H₂O) = CuSO₄(р-р, n H₂O); ΔН^о₁ = – 40,0 кДж; (1)

CuSO_4(к) + 5H₂O(ж) = CuSO₄·5H₂O(к); ΔН^о_х = Н^о₂; (2)

CuSO₄·5H₂O_(к) + (n – 5)H₂O = CuSO₄(р-р, nH₂O); ΔН^о₃ = 10,5 кДж. (3)

По закону Гесса:  ΔН^о₁ =  ΔН^о_х+  ΔН^о₃, т.е. при сложении уравнений (2) и (3) получим уравнение (1).

Задача 4. Вычислите энтальпию образования химической связи С= С в молекуле этилена, если его стандартная энтальпия образования равна 52,3 кДж/моль, энтальпия возгонки графита составляет 716,7 кДж/моль, энтальпия атомизации водорода равна +436,0 кДж/моль, энтальпия образования связи С–Н равна –414,0 кДж/моль.

Решение. Составляем цикл Гесса:

ΔН^о_f,298(С₂Н_4(г)) = 2ΔН^о_возг(С_{(графит)}) + 2ΔН^о_атом (H_2(г)) + ΔН^о_(С= С) + 4ΔН^о_(С–Н).

ΔН^о_(С = С) = 52,3 — 2·716,7 — 2·436,0 + 4·414,0 = — 597,1 кДж/моль.

Задачи для самостоятельного решения

1. Составьте уравнение реакции, для которой ΔН^о соответствует стандартной энтальпии образования ВaCl₂·2H₂O_(к).

2. Определить ΔН^о₂₉₈ реакции:

CH₃CНO_(ж) + H_2(г) = CH₃CH₂OH_(ж),

если ΔН^о_сгор,298(CH₃CНO_(ж)) = — 1193,07 кДж/моль; ΔН^о_сгор,298(CH₃CH₂OH_(ж)) = — 1370,68 кДж/моль; ΔН^о_f,298(Н₂О_(ж)) = — 285,83 кДж/моль.

10.3. Энтальпии растворения BaCl_2(к) и BaCl₂·2H₂O_(к) с образованием раствора хлорида бария (с мольным отношением BaCl₂: H₂O = 1: 500) соответственно равны –11,18 и 18,74 кДж/моль.
Определить величину ΔН^о присоединения воды к BaCl_2(к) с образованием BaCl₂·2H₂O_(к).

10.4. Рассчитать энтальпию связи в молекуле NO на основании следующих термохимических уравнений:

N_2(г) + O_2(г) = 2NO_(г); ΔН^о₂₉₈ = +182,52 кДж;

2O_(г) = O_2(г); ΔН^о₂₉₈ = — 498,34 кДж;

N_2(г) = 2N_(г); ΔН^о₂₉₈ = +945,42 кДж.

10.5. Вычислить ΔН^о₂₉₈ реакции 2C(г) + 2H₂(г) = C₂H₄(г), используя следующие термохимические уравнения:

С_{(графит)} = С_(г) ; ΔН^о₂₉₈ = +716,67 кДж;
С₂H_4(г) + 3O_2(г) = 2CO_2(г) + 2H₂O_(г); ΔН^о₂₉₈ = — 1322,94 кДж;
C_{(графит)} + O_2(г) = CO_2(г); ΔН^о₂₉₈ = — 393,51 кДж;

H_2(г) + 1/2O_2(г) = H₂O_(г); ΔН^о₂₉₈ = — 241,81 кДж.

10.6. Определите стандартную энтальпию реакции взаимодействия метана с оксидом углерода (IV), если стандартные энтальпии образования метана, оксида углерода (IV) и оксида углерода (II) при 298 К равны соответственно: -75; -393 и -111 кДж/моль.

7. Определите стандартную энтальпию образования С₂Н₅ОН_(ж), если стандартные энтальпии сгорания углерода, водорода и этанола при 298 К равны соответственно: -393; -286 и -1366 кДж/моль.

8. Вычислите энтальпию химической реакции 4KClO_3(к)=KCl_(к)+3KClO_4(к) по следующим данным:

2KClO_3(к)=2KCl_(к)+3O_2(г); ΔН^о₂₉₈ = — 95 кДж;
4KClO_4(к)=KCl_(к)+2O_2(г); ΔН^о₂₉₈ = 9 кДж/моль.

9. Вычислите среднюю энтальпию связи P-Cl в молекуле PCl₅, используя следующие термохимические уравнения:

P_{(к, бел.)}+5/2Cl_2(г)=PCl_5(г); ΔН^о₁ = — 374,8 кДж;
P_{(к, бел.)}=P_(г); ΔН^о₂ = — 17,4 кДж;
Cl_2(г)=2Cl_(г); ΔН^о₃ = 242,6 кДж.

10. Вычислите среднюю энтальпию связи N-H в молекуле NH₃, используя следующие термохимические уравнения:

1/2N_2(г)+3/2H_2(г)=NH_3(г); ΔН^о₁ = — 46,2 кДж;
N_2(г)=2N_(г); ΔН^о₂ = 945,4 кДж;
H_2(г)=2H_(г); ΔН^о₃ = 436,0 кДж.

Как найти энтальпию реакции

3 методика:Вычисление энтальпииПодсчет энтальпииЭкспериментальный подсчет энтальпии

Некоторые химические реакции могут поглощать или выделять тепло окружающей среды. Такой теплообмен между химической реакцией и окружающей средой, называется энтальпией, или H. Однако, нельзя точно измерить энтальпию, поэтому принято рассчитывать изменение температуры окружающей среды (обозначаемое ∆H). ∆H показывает, что в ходе химической реакции происходит выделение тепла в окружающую среду (экзотермическая реакция) или поглощение тепла (эндотермическая реакция). Рассчитывается энтальпия так: ∆H = m x s x ∆T, где m – это масса реагентов, s – это теплоемкость, ∆T – это разница температуры.

Шаги

Метод 1 из 3: Вычисление энтальпии

1. 
   1
   Найдите реагенты и продукты реакции. Любая химическая реакция имеет реагенты и продукты реакции. Продукт реакции создается в результате взаимодействия реагентов. Другими словами реагенты – это ингредиенты в рецепте, а продукт реакции – это готовое блюдо. Чтобы найти ∆H реакции, необходимо найти реагенты и продукты реакции..
   • Например, необходимо найти энтальпию реакции образования воды из водорода и кислорода: 2H2 (Водород) + O2 (Кислород) → 2H2O (Вода). В этой реакции H2 и O2 – это реагенты, а H2O – это продукт реакции.
2. 
   2
   Определите общую массу реагентов. Далее необходимо подсчитать массу реагентов. Если вы не можете взвесить их, то подсчитайте молекулярную массу, чтобы найти фактическую. Молекулярная масса – это постоянная, которую можно найти в периодической таблице Менделеева или в других таблицах молекул и соединений. Умножьте массу каждого реагента на число молей.
   • В нашем примере, реагенты, водород и кислород, имеют молекулярные массы 2 г и 32 г соответственно. Поскольку мы используем 2 моль водорода (коэффициент в химической реакции перед водородом H2) и 1 моль кислорода (отсутствие коэффициента перед O2 обозначает 1 моль), то общая масса реагентов рассчитывается следующим образом:
     2 × (2г) + 1 × (32г) = 4г + 32г = 36г
3. 
   3
   Определите теплоемкость продукта. Далее определите теплоемкость продукта реакции. Каждая молекула имеет определенную величину теплоемкости, которая является постоянной. Найдите эту постоянную в таблицах учебника по химии. Существует несколько единиц измерения теплоемкости. Для расчета нам потребуется Дж/г°C.
   • Обратите внимание на то, что при наличии нескольких продуктов реакции, вам потребуется рассчитать теплоемкость каждого, а затем сложить их, чтоб получить энтальпию всей реакции.
   • В нашем примере, продукт реакции – вода, которая имеет теплоемкость 4,2 Дж/г°C.
4. 
   4
   Найдите разницу температуры. Теперь мы найдем ∆T – изменение температуры до и после реакции. Из начальной температуры (T1) вычтите конечную температуру (T2). Чаще всего используется шкала Кельвина (К) для определения температуры (хотя по шкале Цельсия (°С) получится тот же результат).
   • В нашем примере давайте предположим, что начальная температура реакции была 185K, а после реакции стала 95K, значит, ∆T вычисляется так:
     ∆T = T2 – T1 = 95K – 185K = -90K
5. 
   5
   Найдите энтальпию по формуле ∆H = m x s x ∆T. Если известна m – масса реагентов, s – теплоемкость продукта реакции и ∆T – изменение температуры, то можно подсчитать энтальпию реакции. Подставьте значения в формулу ∆H = m x s x ∆T и получите энтальпию. Результат вычисляется в Джоулях (Дж).
   • В нашем примере энтальпия вычисляется так:
     ∆H = (36г) × (4.2 ДжK-1 г-1) × (-90K ) = -13,608 Дж
6. 
   6
   Определение выделения или поглощения энергии. Наиболее важная характеристика энтальпии ∆H – это определение будет реакция экзотермической (выделение тепла и снижение собственной энергии) или эндотермической (поглощение тепла из окружающей среды и повышение собственной энергии). Если знак перед значением ∆H положительный, значит реакция эндотермическая. Если знак отрицательный, значит реакция экзотермическая. Остерегайтесь больших значений энтальпии, потому что это может означать большой и быстрый выброс энергии, что может привести к взрыву.
   • В нашем примере, конечный результат получился равным -13 608 Дж. Перед значением энтальпии отрицательный знак, а это означает, что реакция экзотермическая. Горячие газы (в виде пара) H2 и O2 должны выделить некоторое количество тепла, чтобы образовать молекулу воды, то есть реакция образования H2O является экзотермической.

Метод 2 из 3: Подсчет энтальпии

1. 
   1
   Подсчитайте энергию связей для оценки энтальпии. Почти все химические реакции приводят к разрыву одних связей и образованию новых. Так по разрыву или образованию химических связей можно оценить изменение энтальпии всей реакции при помощи суммирования энергии этих связей.
   • Например, рассмотрим реакцию: H2 + F2 → 2HF. В этом случае, энергия для разрыва связи в молекуле H2 составляет 436 кДж/моль, а энергия для разрыва F2 составляет 158 кДж/моль.[1] Наконец, энергия необходимая для образования связи в молекуле HF из H и F = -568 кДж/моль.[2] Умножаем последнее значение на 2, т.к. получаем в ходе реакции 2 моль HF, т.е. 2 × -568 = -1136 кДж/моль. Складываем значения:
     436 + 158 + -1136 = -542 кДж/моль.
2. 
   2
   Используйте энтальпию образования для оценки энтальпии. Энтальпия образования позволяет рассчитать ∆H через вычисление реакций образования реагентов и продуктов. Если известна энтальпия образования продуктов реакции и реагентов, то вы можете рассчитать энтальпию образования по следующему примеру.
   • Например, рассмотрим следующую реакцию: C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Мы знаем, что энтальпия образования рассчитывается:[3]
     C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 = 228 кДж/моль
     2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 кДж/моль
     3H2 + 1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 кДж/моль
     Теперь необходимо сложить значения образованных веществ, полученные выше, для определения энтальпии реакции: C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O,
     228 + -788 + -858 = -1418 кДж/моль.
3. 
   3
   Не забывайте про знаки перед значениями энтальпии. При вычислении энтальпии образования, формулу для определения энтальпии реакции продукта вы переворачиваете, то знак энтальпии должен поменяться. Другими словами, если вы переворачиваете формулу, то знак энтальпии должен смениться на противоположный.
   • В примере, обратите внимание на то, что реакция образования для продукта C2H5OH записана наоборот. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 т.е. C2H5OH распадается, а не синтезируется. Поэтому знак перед энтальпией в такой реакции положительный: 228 кДЖмоль, хотя энтальпия образования C2H5OH составляет -228 кДжмоль.

Метод 3 из 3: Экспериментальный подсчет энтальпии

1. 
   1
   Возьмите чистую емкость и налейте туда воды. Давайте посмотрим принципы энтальпии экспериментально. Убедитесь, что используемые предметы не содержат загрязнителей и очистителей. Ученые используют специальный закрытые контейнеры – калориметры, для измерения энтальпии, но также можно использовать стеклянный стакан или колбу. Заполните его чистой водопроводной водой. Желательно проводить эксперимент в холодном помещении.
   • Для эксперимента желательно использовать небольшой контейнер. Мы будем рассматривать энтальпию реакции с Алька-Зельцер, поэтому, чем меньше воды используется, тем более очевидным будет изменение температуры.
2. 
   2
   Поместите термометр в контейнер. Поместите в контейнер термометр так, чтобы граница прочтения температуры была ниже уровня воды. Начальная температура теперь известна – T1.
   • Предположим, что температуры воды 10°C. Через несколько шагов мы поймем на практике, что такое энтальпия и как это работает.
3. 
   3
   Добавьте одну таблетку Алька-Зельцер в контейнер. Готовы? Кидайте одну таблетку Алька-Зельцер в воду, которая сразу начнет пузыриться и шипеть. Это происходит из-за реакции между бикарбонатом (HCO3-) и лимонной кислотой (H+). В результате образуется вода и углекислый газ по формуле: 3HCO3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
4. 
   4
   Измерьте конечную температуру. Таблетка Алька-Зельцер должна полностью раствориться. Измерьте температуру еще раз. Температура должна быть немного ниже. Если температура воды сейчас выше начальной температуры, значит, эксперименту помешали какие-то внешние факторы (например, слишком теплое помещение, где проводился эксперимент).
   • Предположим, что измеренная второй раз температура составляет 8°C.
5. 
   5
   Подсчитаем энтальпию реакции. В ходе эксперимента должно наблюдаться снижение температуры воды после растворения таблетки Алька-Зельцер. Можно сделать вывод, что данная реакция является эндотермической, т.е. химическая реакция сопровождается поглощением энергии окружающей среды. Кроме того в результате реакции образуется газ, который также поглощает энергию окружающей среды. Все это приводит к снижению температуры воды.
   • В нашем эксперименте температура воды упала на 2 градуса. Это доказывает, что реакция растворения Алька-Зельцер в воде эндотермическая.

Советы

• В подсчетах используется шкала Кельвина (K) – это температурная шкала аналогическая Цельсию. Чтобы перевести значение Цельсия в Кельвина, необходимо добавить или вычесть 273 градуса: K = °C + 273.

Для расчетов
тепловых эффектов используют величину,
называемую энтальпией.

Энтальпией
(теплотой) образования химического
соединения ∆ H_T
называется изменение энтальпии
в процессе получения 1 моля этого
соединения из простых веществ (элементов)
при постоянном давлении.

Так, например,
энтальпией образования этилового спирта
C₂H₅OHназывается изменение энтальпии при
реакции углерода, кислорода и водорода
при постоянном давлении

2C
+ 3H₂ + 1/2
O₂→ CH₃
– CH₂ – OH

И наоборот, реакции

CH₂
= CH₂+H₂O→CH₃
– CH₂
– OH

CH₃
– CHO+H₂→CH₃
– CH₂
– OH

не являются
реакциями ”образования” спирта, хотя
и приводят к синтезу этилового спирта.

Важным термодинамическим
представлением является понятие о
стандартном состоянии вещества, под
которым понимается его реальное состояние
при 298 Ки атмосферном давлении (илиp = 101 кПа).

Стандартной
энтальпией (теплотой) образования
химического соединения
называется изменение энтальпии в
процессе образования 1 моля этого
соединения, находящегося в стандартном
состоянии, из простых веществ, также
находящихся в стандартных состояниях
и термодинамически устойчивых при
данной температуре фазах и модификациях.

Стандартные
энтальпии образования простых веществ
принимают равными нулю, если их агрегатные
состояния и модификации устойчивы при
стандартных условиях.

Стандартная
энтальпия образования соединения –
мера его термодинамической устойчивости,
прочности, количественное выражение
энергетических свойств соединения.
Если стандартная энтальпия образования
отрицательна, то соединение более
устойчиво, чем элементы, из которых оно
состоит, или наоборот, если она
положительна, то соединение менее
устойчиво. Из различных молекул более
устойчивы те, энтальпии, образования
которых меньше.

Например, этан (∆
H₂₉₈ = –
24,82 ккал/моль)более устойчив, чем
этилен

Термохимические
расчеты.Значения энтальпий
образования позволяет определить
изменения энтальпии, сопровождающие
реакции, не прибегая к прямым измерениям.

В основе большинства
термохимических расчетов лежит следствие
из закона Гесса:

Тепловой эффект
химической реакции равен сумме теплот
(энтальпий) образования продуктов
реакции за вычетом суммы теплот
(энтальпий) образования исходных веществ.

Так, для уравнения
вида

aA
+ bB +…= dD
+ eE +…

Тепловой эффект
∆ Hопределяется
равенством

=

При этом следует
иметь в виду, что при алгебраическом
суммировании следует учитывать
стехиометрические коэффициенты в
уравнении реакции (а, в, d,
e).

Приведенное
уравнение позволяет определять как
тепловой эффект реакции по известным
энтальпиям образования веществ,
участвующих в реакции, так и одну из
энтальпий образования, если известны
тепловой эффект реакции и все остальные
энтальпии образования.

В настоящее время
энтальпии образования известны примерно
для четырех тысяч веществ, и это позволяет
расчётным путем установить тепловые
эффекты самых разнообразных реакций.

Пример 1. Расчет
теплового эффекта реакции по стандартным
энтальпиям образования веществ.

Al₂O₃
(к)
+3SO₃ (г)
= Al₂(SO₄)₃
(к)

=-1675
кДж/моль;
=-395,
2 кДж/моль

=-3434
кДж/моль

Тепловой эффект
реакции
определяется по уравнению:

После подстановки
значений стандартных энтальпий

-3434-(-1675-3.395,
2)=-599 кДж/моль

Видно, что
<
0, т.е. это реакция экзотермическая.

Пример 2. Расчет
энтальпии образования химического
соединения по известному тепловому
эффекту реакции.

Определить
в реакции:

CH₄
(г) + 2 H₂O
(г) = CO₂
(г) + 4 H₂
(г)

=-241,82
кДж/моль;
=-393,51
кДж/моль;
=
+164,98 кДж

Стандартный
тепловой эффект реакции равен:

,
откуда

После подстановки
стандартных энтальпий образования
веществ:

(-1
моль∙ 393,51 кДж/моль + 2 моль ∙ – 241,82
кДж/моль – 164,98 кДж) / 1 моль = – 74,85 кДж/моль

Видно, что реакция
образования метана является экзотермической.

Пример 3. Расчет
теплового эффекта реакции, который
экспериментально определить невозможно.

Реакция 1) C
+ O₂ = CO₂,


= -396 кДж/моль

может быть также
осуществлена в две стадии

2)
C + 1/2 O₂
= CO,

= -110, 5 кДж/моль

3)
CO + 1/2 O₂
= CO₂

Тепловой эффект
реакции 2) можно провести экспериментально
и определить
=-110, 5 кДж/моль.

А вот тепловой
эффект реакции 3) экспериментально
осуществить и определить невозможно,
поэтому
реакции
3) получают расчетным путем, используя
закон Гесса

– 396 – (-110, 5) = – 285,5
кДж/моль

С помощью
термохимических расчетов можно определить
энергию химических связей, энергии
кристаллических решеток, теплоты
растворения и гидратации, тепловые
эффекты фазовых превращений и т.д.

Энтальпия есть
возрастающая функция температуры,
непрерывная во всей области изменения
последней, когда существует данная
фаза. Для расчета теплового эффекта при
температурах, более высоких, чем
стандартные, используют уравнение
Кирхгофа:

где
– стандартный тепловой эффект реакции
приT = 298 К;

–
стандартный тепловой эффект реакции
при T.

разность молярных
изобарных теплоемкостей всех продуктов
реакции и молярных изобарных теплоемкостей
всех исходных веществ, т.е.

Расчеты по уравнению
Кирхгофа показывают, что в том интервале
температур, который может иметь
практическое значение, изменение
величины теплового эффекта реакции
невелико.

Так, например,
тепловой эффект процесса 1/2 N₂
+ 1/2 O₂
= NO (г)при
повышении температуры от298до4000Кизменяется всего лишь на2,0
кДж/моль. Еще меньше влияние давления
на тепловой эффект реакции. Так, для
реакции синтеза аммиака из азота и
водорода различие между величинами
приp = 101 кПаиp
= 50 МПане превышает5 %.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #