Как да определим топлинния ефект. Топлина на реакцията и термохимични изчисления

по -нататък индексите iсе отнасят до изходните вещества или реактиви и индексите й- до крайните вещества или продукти от реакцията; и - стехиометрични коефициенти в уравнението на реакцията съответно за изходните материали и продуктите на реакцията.

Пример:Нека изчислим топлинния ефект на реакцията на синтез на метанол при стандартни условия.

Решение:За изчисленията ще използваме референтните данни за стандартните топлини на образуване на веществата, участващи в реакцията (виж Таблица 44 на страница 72 от справочника).

Топлинният ефект на реакцията на синтез на метанол при стандартни условия съгласно първата последица от закона на Хес (уравнение 1.15) е равен на:

При изчисляване на топлинните ефекти на химичните реакции е необходимо да се вземе предвид, че топлинният ефект зависи от агрегатното състояние на реагентите и от вида на записване химическо уравнениереакции:

Според второто следствие от закона на Хес, топлинният ефект може да бъде изчислен чрез топлините на горене Δ c H, като разлика между сумите на топлините на горене на изходните вещества и продуктите на реакцията (като се вземат предвид стехиометричните коефициенти):

където Δ r C p- характеризира промяната в изобарния топлинен капацитет на системата в резултат на химична реакция и се нарича температурен коефициент на топлинния ефект на реакцията.

От диференциалното уравнение на Кирхоф следва, че зависимостта на топлинния ефект от температурата се определя от знака на Δ r C p, т.е. зависи кое е по -голямо, общият топлинен капацитет на изходните материали или общият топлинен капацитет на реакционните продукти. Нека анализираме диференциално уравнениеКирхоф.

1. Ако температурният коефициент Δ r C p> 0, тогава производната > 0 и функцията повишаване на. Следователно топлинният ефект на реакцията се увеличава с повишаване на температурата.

2. Ако температурният коефициент Δ r C p< 0, то производная < 0 и функция намаляващ. Следователно топлинният ефект на реакцията намалява с повишаване на температурата.

3. Ако температурният коефициент Δ r C p= 0, тогава производната = 0 и ... Следователно, топлината на реакцията е независима от температурата. Този случай не се среща на практика.

Диференциалните уравнения са удобни за анализ, но неудобни за изчисления. За да получим уравнение за изчисляване на топлинния ефект на химична реакция, интегрираме диференциалното уравнение на Кирххоф, като разделим променливите:

Топлинният капацитет на веществата зависи от температурата, следователно, ... Въпреки това, в диапазона от температури, които обикновено се използват в химическите инженерни процеси, тази зависимост не е значителна. За практически цели те използват средните топлинни мощности на веществата в температурния диапазон от 298 K до дадена температура , които са дадени в справочниците. Температурен коефициент на топлинен ефект, изчислен, като се използват средните топлинни мощности:

Пример:Нека изчислим топлинния ефект на реакцията на синтез на метанол при температура 1000 K и стандартно налягане.

Решение:За изчисления ще използваме референтни данни за средните топлинни мощности на веществата, участващи в реакцията, в температурния диапазон от 298 K до 1000 K (виж Таблица 40 на страница 56 от справочника):

Промяна в средния топлинен капацитет на системата в резултат на химична реакция:

Вторият закон на термодинамиката

Един от критични задачихимическата термодинамика е изясняване на фундаменталната възможност (или невъзможност) за спонтанно протичане на химична реакция в разглежданата посока. В случаите, когато стане ясно, че даденото химическо взаимодействиеможе да възникне, е необходимо да се определи степента на превръщане на изходните материали и добивът на реакционните продукти, тоест пълнотата на реакцията

Посоката на спонтанния процес може да се определи въз основа на втория закон или началото на термодинамиката, формулирана например под формата на постулата на Клаузиус:

Топлината сама по себе си не може да премине от студено тяло към горещо, тоест такъв процес е невъзможен, единственият резултат от който би бил прехвърлянето на топлина от тяло с по -ниска температура към тяло с по -висока температура.

Предложени са много формулировки на втория закон на термодинамиката. Формулировка на Thomson - Planck:

Невъзможно е вечен двигател от втори вид, тоест такава периодично работеща машина е невъзможна, което би направило възможно да се работи само чрез охлаждане на източника на топлина.

Математическата формулировка на втория закон на термодинамиката възниква при анализа на работата на топлинните двигатели в творбите на Н. Карно и Р. Клаузиус.

Клавзий въвежда държавната функция С, наречена ентропия, чиято промяна е равна на топлината обратим процессвързани с температурата

За всеки процес

(1.22)

Полученият израз е математически израз на втория закон на термодинамиката.

Точно като един от физически характеристикичовек е физическа сила, съществена характеристикавсяка химическа връзка е силата на връзката, т.е. нейната енергия.

Припомнете си, че енергията на химическата връзка е онази енергия, която се освобождава по време на образуването на химическа връзка или тази енергия, която трябва да се изразходва, за да се разруши тази връзка.

Химична реакция в общ случайТова е трансформацията на някои вещества в други. Следователно, в хода на химическа реакция, някои връзки се разрушават, а други се образуват, т.е. трансформация на енергия.

Основният закон на физиката казва, че енергията не възниква от нищото и не изчезва без следа, а само преминава от един тип в друг. Поради своята универсалност този принципочевидно е приложимо за химическа реакция.

Топлинен ефект от химична реакция наречено количество топлина,

освободени (или абсорбирани) по време на реакцията и приписани на 1 mol от реагиралото (или образуваното) вещество.

Топлинният ефект се обозначава с буквата Q и обикновено се измерва в kJ / mol или kcal / mol.

Ако реакцията протича с отделяне на топлина (Q> 0), тя се нарича екзотермична, а ако с абсорбция на топлина (Q< 0) – эндотермической.

Ако схематично изобразяваме енергийния профил на реакцията, тогава за ендотермичните реакции продуктите са с по -висока енергия от реагентите, а за екзотермичните, напротив, продуктите на реакцията се намират с по -ниска енергия (по -стабилни) от реагентите.

Ясно е, че колкото повече веществото реагира, голямо количествоенергията ще бъде освободена (или абсорбирана), т.е. топлинният ефект е правопропорционален на количеството вещество. Следователно приписването на топлинния ефект на 1 мол вещество се дължи на желанието ни да се сравняваме помежду си топлинни ефектиразлични реакции.

Лекция 6. Термохимия. Топлинният ефект на химична реакция Пример 1. При редуциране на 8,0 g меден (II) оксид с водород се образуват метална мед и водни пари и се отделя 7,9 kJ топлина. Изчислете топлинния ефект от реакцията на редукция на меден (II) оксид.

Решение . Уравнение на реакцията CuO (s) + H2 (g) = Cu (s) + H2 O (g) + Q (*)

Нека съставим пропорцията при намаляване на 0,1 mol - освобождава се 7,9 kJ; при намаляване на 1 mol - x kJ се освобождава

Откъдето x = + 79 kJ / mol. Уравнението (*) приема формата

CuO (s) + H2 (g) = Cu (s) + H2O (g) +79 kJ

Термохимично уравнениеТова е уравнението на химична реакция, което показва агрегатното състояние на компонентите на реакционната смес (реагенти и продукти) и топлинния ефект на реакцията.

Така че, за да се стопи лед или да се изпари водата, трябва да се изразходва определено количество топлина, докато когато течната вода замръзне или водната пара се кондензира, се отделя същото количество топлина. Ето защо сме студени, когато напускаме водата (изпарението на водата от повърхността на тялото изисква енергия), а изпотяването е биологично защитен механизъмот прегряване на тялото. Напротив, фризерът замразява водата и загрява околността, отделяйки й излишна топлина.

На този примерса показани топлинните ефекти на промените в агрегатното състояние на водата. Топлина на топене (при 0o C) λ = 3,34 × 105 J / kg (физика) или Qpl. = - 6,02 kJ / mol (химия), топлина на изпаряване (изпаряване) (при 100o C) q = 2,26 × 106 J / kg (физика) или Qtest. = - 40,68 kJ / mol (химия).

топене

		изпаряване

обр., 298.

Лекция 6. Термохимия. Термичен ефект от химична реакция Разбира се, когато са твърди, са възможни сублимационни процеси

навлиза в газовата фаза, заобикаляйки течно състояниеи обратни процеси на отлагане (кристализация) от газовата фаза, за които също е възможно да се изчисли или измери топлинния ефект.

Ясно е, че във всяко вещество има химически връзкиследователно всяко вещество има определено количество енергия. Не всички вещества обаче могат да се превръщат едно в друго чрез една химична реакция. Затова се съгласихме да въведем стандартно състояние.

Стандартно състояние на материята- това е състоянието на агрегация на веществото при температура 298 K, налягане от 1 атмосфера в най -стабилната алотропна модификация при тези условия.

Стандартни условияЕ температура 298 K и налягане 1 атмосфера. Стандартните условия (стандартни условия) са обозначени с индекс 0.

Стандартната топлина на образуване на съединението се нарича топлинният ефект на химичната реакция от образуването на дадено съединение от прости вещества, взети в стандартното им състояние. Топлината на образуване на съединението е обозначена със символа Q 0 За много съединения стандартните топлини на образуване са дадени в справочници за физико -химични количества.

Стандартните топлини на образуване на прости вещества са 0. Например Q0 arr, 298 (O2, газ) = 0, Q0 arr, 298 (C, tv., Graphite) = 0.

Например . Запишете термохимичното уравнение за образуване на меден (II) сулфат. От референтната книга Q0 проба, 298 (CuSO4) = 770 kJ / mol.

Cu (твърдо вещество) + S (твърдо вещество) + 2O2 (g) = CuSO4 (твърдо вещество) + 770 kJ.

Забележка: термохимичното уравнение може да бъде записано за всяко вещество, но трябва да се разбере, че в Истински животреакцията протича по съвсем различен начин: от изброените реактиви при нагряване се образуват медни (II) и серни (IV) оксиди, но не се образува меден (II) сулфат. Важно изваждане: термохимичното уравнение е модел, който позволява изчисления, съгласува се добре с други термохимични данни, но не издържа на изпитанието на практиката (т.е. не е в състояние да предвиди правилно възможността или невъзможността на реакция).

(B j) - ∑ a i × Q проба 0, 298 i

Лекция 6. Термохимия. Топлинният ефект на химична реакция

Изясняване. За да не ви заблуждавам, веднага ще добавя химическата термодинамика може да предвиди възможността / невъзможността за реакцияобаче това изисква по -сериозни „инструменти“, които надхвърлят училищен курсхимия. Термохимичното уравнение в сравнение с тези методи е първата стъпка на фона на пирамидата на Хеопс - не може без него, но и не може да се изкачи високо.

Пример 2. Изчислете топлинния ефект от кондензацията на вода с тегло 5,8 г. Разтвор. Процесът на кондензация се описва с термохимичното уравнение H2 O (g) = H2 O (l) + Q - кондензацията обикновено е екзотермичен процес Топлина на кондензация на вода при 25o C 37 kJ / mol (справка).

Следователно Q = 37 × 0,32 = 11,84 kJ.

През 19 век руският химик Хес, който изучава топлинните ефекти на реакциите, експериментално установява закона за запазване на енергията във връзка с химичните реакции - закона на Хес.

Топлинният ефект на химическата реакция не зависи от пътя на процеса и се определя само от разликата между крайното и началното състояние.

По отношение на химията и математиката този законозначава, че ние сме свободни да избираме всяка "изчислителна траектория" за изчисляване на процеса, тъй като резултатът не зависи от него. По тази причина много важен законХеса е изключително важна следствие от закона на Хес.

Топлинният ефект на химичната реакция е равен на сумата от топлините на образуване на реакционните продукти минус сумата от топлините на образуване на реагентите (като се вземат предвид стехиометричните коефициенти).

От гледна точка на здравия разум, това последствие съответства на процес, при който първоначално всички реагенти се превръщат в прости вещества, които след това се събират по нов начин, така че се получават продуктите на реакцията.

Под формата на уравнение последицата от закона на Хес изглежда така: Уравнението на реакцията: a 1 A 1 + a 2 A 2 +… + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 +… b

В този случай a i и b j са стехиометрични коефициенти, A i са реагенти, B j са продукти на реакцията.

Тогава последицата от закона на Хес има формата Q = ∑ b j × Q arr 0.298

k Bk + Q

(A i)

Лекция 6. Термохимия. Топлинен ефект на химична реакция Тъй като стандартните топлини образуват много вещества

а) са обобщени в специални таблици или б) могат да бъдат определени експериментално, тогава става възможно да се предскаже (изчисли) топлинният ефект е много Голям бройреакции с достатъчно висока точност.

Пример 3. (Следствие от закона на Хес). Изчислете топлинния ефект от паровото реформиране на метан, протичащо в газовата фаза при стандартни условия:

CH4 (g) + H2O (g) = CO (g) + 3 H2 (g)

Определете дали дадена реакция е екзотермична или ендотермична?

Решение: Последица от закона на Хес

Q = 3 Q0			D) + Q 0		(CO, г) −Q 0		D) −Q 0		О, г) - в общ вид.
	обр., 298			обр., 298	обр., 298		обр., 298
Q arr0	298 (H 2, r) = 0			Просто вещество в стандартно състояние

От справочника откриваме топлините на образуване на останалите компоненти на сместа.

		O, g) = 241.8			(CO, g) = 110,5				D) = 74,6
обр., 298				обр., 298			обр., 298

Заместване на стойности в уравнението

Q = 0 + 110,5 - 74,6 - 241,8 = -205,9 kJ / mol, реакцията е силно ендотермична.

Отговор: Q = -205.9 kJ / mol, ендотермичен

Пример 4. (Прилагане на закона на Хес). Жегата на реакциите е известна

C (tv.) + ½ O (g) = CO (g) + 110,5 kJ

C (tv.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 393,5 kJ Намерете топлинния ефект от реакцията 2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g.) Решение Умножете първия и второ уравнение на 2

2C (s) + O2 (g) = 2CO (g) + 221 kJ 2C (s) + 2O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ

Извадете от второто уравнение първото

O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ - 2CO (g) - 221 kJ,

2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ Отговор: 566 kJ / mol.

Забележка: Когато изучаваме термохимия, ние разглеждаме химична реакция отвън (отвън). Обратно, химическата термодинамика е наука за поведението химични системи- разглежда системата отвътре и работи с концепцията за "енталпия" H като топлинна енергия на системата. Енталпия, значи

Лекция 6. Термохимия. Топлинният ефект на химическата реакция по някакъв начин има същото значение като количеството топлина, но има обратния знак: ако енергията се освободи от системата, заобикаляща средаполучава и загрява, а системата губи енергия.

Литература:

1. учебник, В.В. Еремин, Н.Е. Kuzmenko et al., Химия 9 клас, параграф 19,

2. Учебно ръководство„Основи на общата химия“, част 1.

Съставено от С.Г. Барам, И.Н. Миронов. - вземете със себе си! за следващия семинар

3. А.В. Мануилов. Основи на химията. http://hemi.nsu.ru/index.htm

§9.1 Термичен ефект от химична реакция. Основни закони на термохимията.

§9.2 ** Термохимия (продължение). Топлината на образуване на вещество от елементи.

Стандартна енталпия на образуването.

Внимание!

Продължаваме към решаването на изчислителни задачи, затова калкулатор вече е желателен за семинарите по химия.

В термохимията количеството топлина В, който се освобождава или абсорбира в резултат на химична реакция, се нарича топлинен ефект.Наричат ​​се реакции с отделяне на топлина екзотермичен (Q> 0) и с абсорбция на топлина - ендотермичен (В<0 ).

В термодинамиката съответно се наричат ​​процесите, при които се отделя топлина екзотермичени процесите, при които топлината се абсорбира - ендотермичен.

Според следствието от първия закон на термодинамиката за изохорно-изотермични процеси топлинният ефект е равен на промяната на вътрешната енергия на системата .

Тъй като термохимията използва обратния знак по отношение на термодинамиката, тогава.

За изобарно-изотермични процеси топлинният ефект е равен на промяната в енталпията на системата .

Ако D. H> 0- процесът протича с абсорбцията на топлина и е ендотермичен.

Ако D. З< 0 - процесът е придружен от отделянето на топлина и е екзотермичен.

От първия закон на термодинамиката следваЗаконът на Хес:

топлинен ефект химична реакциязависи само от вида и състоянието на изходните вещества и крайните продукти, но не зависи от пътя на преминаване от изходното състояние към крайното.

Последица от този закон е правилото, че с термохимични уравнения можете да извършвате обичайните алгебрични операции.

Като пример, помислете за окислителната реакция на въглищата до CO 2.

Преходът от изходните вещества към крайните може да се извърши чрез директно изгаряне на въглища към CO 2:

C (t) + O 2 (g) = CO 2 (g).

Топлинният ефект на тази реакция Δ H 1.

Този процес може да се извърши на два етапа (фиг. 4). В първия етап въглеродът изгаря до CO чрез реакцията

C (t) + O 2 (g) = CO (g),

на втория CO изгаря до CO 2

CO (t) + O 2 (g) = CO 2 (g).

Топлинните ефекти на тези реакции, съответно Δ H 2и Δ H 3.

Ориз. 4. Диаграма на процеса на горене на въглища до СО 2

И трите процеса се използват широко в практиката. Законът на Хес ни позволява да свържем топлинните ефекти на тези три процеса с уравнението:

Δ H 1=Δ H 2 + Δ H 3.

Топлинните ефекти на първия и третия процес могат да бъдат измерени сравнително лесно, но изгарянето на въглища до въглероден окис при високи температуритрудно. Неговият топлинен ефект може да бъде изчислен:

Δ H 2=Δ H 1 - Δ H 3.

Стойностите на Δ H 1и Δ H 2зависи от вида на използваните въглища. Количеството Δ H 3няма връзка с това. Когато един мол CO се изгаря при постоянно налягане при 298K, количеството топлина е Δ H 3= -283.395 kJ / mol. Δ H 1= -393,86 kJ / mol при 298K. След това при 298K Δ H 2= -393,86 + 283,395 = -110,465 kJ / mol.

Законът на Хес дава възможност да се изчислят топлинните ефекти на процеси, за които няма експериментални данни или за които те не могат да бъдат измерени при необходимите условия. Това важи и за химичните реакции, както и за процесите на разтваряне, изпаряване, кристализация, адсорбция и др.

При прилагането на закона на Хес трябва стриктно да се спазват следните условия:

И в двата процеса трябва да има наистина едни и същи начални състояния и наистина същите крайни състояния;

Не само трябва да е същото химически съставипродукти, но и условията на тяхното съществуване (температура, налягане и т.н.) и агрегатното състояние, и за кристални веществаи кристална модификация.

При изчисляване на топлинните ефекти на химичните реакции въз основа на закона на Хес обикновено се използват два вида топлинни ефекти - топлината на горене и топлината на образуване.

Чрез топлината на образованиетосе нарича топлинен ефект на реакцията на образуване на дадено съединение от прости вещества.

Топлина на горенесе нарича термичен ефект от окислителната реакция на дадено съединение с образуване на кислород по -високи оксидисъответните елементи или съединения на тези оксиди.

Референтните стойности за топлини и други количества обикновено се отнасят до стандартното състояние на материята.

Като стандартно състояниеотделните течни и твърди вещества приемат състоянието си при дадена температура и при налягане, равно на една атмосфера, а за отделните газове - тяхното състояние, когато при дадена температура и налягане, равни на 1,01 10 5 Pa (1 атм.), те притежават свойства на идеален газ. За да се улеснят изчисленията, се използват справочни данни стандартна температура 298 К.

Ако елемент може да съществува в няколко модификации, тогава модификация, която е стабилна при 298 K и атмосферно наляганеравно на 1,01 10 5 Pa (1 атм.)

Всички стойности, свързани със стандартното състояние на веществата, са маркирани с горен индекс под формата на кръг: ... В металургичните процеси повечето съединения се образуват с отделянето на топлина, така че за тях прирастването на енталпията. За артикули в стандартно състояние стойността.

Използвайки референтните данни за стандартните топлини на образуване на веществата, участващи в реакцията, лесно може да се изчисли топлинният ефект на реакцията.

От закона на Хес следва:топлинният ефект на реакцията е равен на разликата между топлините на образуване на всички вещества, посочени от дясната страна на уравнението(крайни вещества или продукти на реакцията) , и топлините на образуване на всички вещества, посочени в лявата част на уравнението(изходни материали) , взети с коефициенти, равни на коефициентите пред формулите на тези вещества в уравнението на реакцията:

където н- броя молове на веществото, участващо в реакцията.

Пример. Нека изчислим топлинния ефект на реакцията Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2. Топлините на образуване на веществата, участващи в реакцията, са: за Fe 3 O 4, за CO, за FeO, за CO 2.

Топлинният ефект на реакцията:

Тъй като реакцията при 298K е ендотермична, т.е. идва с абсорбция на топлина.

Упражнение 81.
Изчислете количеството топлина, което ще се отдели при намаляване на Fe 2 O 3 метален алуминий, ако са получени 335,1 g желязо. Отговор: 2543,1 kJ.
Решение:
Уравнение на реакцията:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 - ( - 822,1) = -847,7 kJ

Изчисляването на количеството топлина, което се отделя при получаване на 335,1 g желязо, се извършва от пропорцията:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : NS; x = (0847.7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,

където 55,85 е атомната маса на желязото.

Отговор: 2543,1 кДж.

Топлинният ефект на реакцията

Задача 82.
Газообразни етанол C2H5OH може да се получи чрез взаимодействие на етилен C 2 H 4 (g) и водни пари. Напишете термохимичното уравнение за тази реакция, след като изчислите нейния топлинен ефект. Отговор: -45,76 kJ.
Решение:
Уравнението на реакцията е:

C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); =?

Стойностите на стандартните топлини на образуване на вещества са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлините на образуване на прости вещества обикновено се приемат за нула. Изчисляваме топлинния ефект на реакцията, използвайки следствието от закона на Хес, получаваме:

= (C 2 H 5 OH) - [(C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 - [(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Уравнения на реакцията, в които около символите химични съединенияса посочени техните агрегатни състояния или кристална модификация, както и числова стойносттермичните ефекти се наричат ​​термохимични. В термохимичните уравнения, освен ако не е посочено друго, стойностите на топлинните ефекти при постоянно налягане Q p са посочени равни на промяната в енталпията на системата. Стойността обикновено се дава от дясната страна на уравнението, разделена със запетая или точка и запетая. Приети са следните съкращения за агрегатното състояние на веществото: G- газообразни, е- течност, Да се

Ако в резултат на реакцията се отделя топлина, тогава< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = - 45,76 kJ.

Отговор:- 45,76 кДж.

Задача 83.
Изчислете топлинния ефект от редукцията на железен (II) оксид с водород въз основа на следните термохимични уравнения:

а) EeO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
б) CO (g) + 1 / 2O2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
в) H 2 (g) + 1 / 2O2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ.
Отговор: +27,99 kJ.

Решение:
Уравнението на реакцията за редукция на железен (II) оксид с водород има вида:

EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H20 (g); =?

= (H2O) - [(FeO)

Топлината на образуване на вода се определя от уравнението

H 2 (g) + 1 / 2O2 (g) = H 2 O (g); = -241.83 kJ,

и топлината на образуване на железен (II) оксид може да бъде изчислена чрез изваждане на уравнение (а) от уравнение (б).

= (c) - (b) - (a) = -241.83 - [-283, o - (-13.18)] = +27.99 kJ.

Отговор:+27,99 kJ.

Задача 84.
При взаимодействие на газообразен сероводород и въглероден диоксид се образуват водни пари и въглероден дисулфид CS 2 (g). Напишете термохимичното уравнение на тази реакция, първо изчислете нейния топлинен ефект. Отговор: +65,43 kJ.
Решение:
G- газообразни, е- течност, Да се- кристален. Тези символи се пропускат, ако състоянието на агрегация на веществата е очевидно, например O 2, H 2 и т.н.
Уравнението на реакцията е:

2H2S (g) + CO2 (g) = 2H2O (g) + CS2 (g); =?

Стойностите на стандартните топлини на образуване на вещества са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлините на образуване на прости вещества обикновено се приемат за нула. Топлината на реакцията може да се изчисли, като се използва следствието e от закона на Хес:

= (H20) + (CS2) - [(H2S) + (CO2)];
= 2 (-241.83) + 115.28 - = +65.43 kJ.

2H2S (g) + CO2 (g) = 2H2O (g) + CS2 (g); = +65,43 kJ.

Отговор:+65,43 kJ.

Термохимично уравнение на реакцията

Задача 85.
Напишете термохимичното уравнение на реакцията между CO (g) и водород, в резултат на което се образуват CH 4 (g) и H 2 O (g). Колко топлина ще се отдели по време на тази реакция, ако са получени 67,2 литра метан при нормални условия? Отговор: 618,48 kJ.
Решение:
Уравненията на реакциите, в които техните агрегатни състояния или кристална модификация са посочени близо до символите на химични съединения, както и числената стойност на топлинните ефекти, се наричат ​​термохимични. В термохимичните уравнения, освен ако не е посочено друго, стойностите на топлинните ефекти при постоянно налягане Q p са посочени равни на промяната в енталпията на системата. Стойността обикновено се дава от дясната страна на уравнението, разделена със запетая или точка и запетая. Приети са следните съкращения за агрегатното състояние на веществото: G- газообразни, е- нещо, Да се- кристален. Тези символи се пропускат, ако състоянието на агрегация на веществата е очевидно, например O 2, H 2 и т.н.
Уравнението на реакцията е:

CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H20 (g); =?

Стойностите на стандартните топлини на образуване на вещества са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлините на образуване на прости вещества обикновено се приемат за нула. Топлината на реакцията може да се изчисли, като се използва следствието e от закона на Хес:

= (Н20) + (СН4) - (СО)];
= (-241.83) + (-74.84)-(-110.52) = -206.16 kJ.

Термохимичното уравнение ще има вида:

22,4 : -206,16 = 67,2 : NS; x = 67,2 (-206,16) / 22 × 4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.

Отговор: 618,48 кДж.

Горещината на образованието

Задача 86.
Топлинният ефект, чиято реакция е равна на топлината на образуване. Изчислете топлината на образуване на NO, като използвате следните термохимични уравнения:
а) 4NH3 (g) + 502 (g) = 4NO (g) + 6H20 (g); = -1168,80 kJ;
б) 4NH3 (d) + 302 (d) = 2N2 (d) + 6H20 (g); = -1530.28 kJ
Отговор: 90,37 kJ.
Решение:
Стандартната топлина на образуване е равна на топлината на реакцията на образуване на 1 mol от това вещество от прости вещества при стандартни условия (T = 298 K; p = 1.0325.105 Pa). Образуването на NO от прости вещества може да бъде представено по следния начин:

1 / 2N 2 + 1 / 2O 2 = НЕ

Дадена реакция (а), при която се образуват 4 mol NO, и дадена реакция (b), при която се образуват 2 mol N2. Кислородът участва и в двете реакции. Следователно, за да се определи стандартната топлина на образуване на NO, ние съставяме следния цикъл на Хес, т.е. трябва да извлечем уравнение (а) от уравнение (б):

По този начин 1 / 2N 2 + 1 / 2O 2 = NO; = +90,37 kJ.

Отговор: 618,48 кДж.

Задача 87.
Кристален амониев хлорид се образува чрез взаимодействие на газообразен амоняк и хлороводород. Напишете термохимичното уравнение за тази реакция, след като изчислите нейния топлинен ефект. Колко топлина ще се отдели, ако 10 литра амоняк бяха изразходвани в реакцията по отношение на нормални условия? Отговор: 78,97 kJ.
Решение:
Уравненията на реакциите, в които техните агрегатни състояния или кристална модификация са посочени близо до символите на химични съединения, както и числената стойност на топлинните ефекти, се наричат ​​термохимични. В термохимичните уравнения, освен ако не е посочено друго, стойностите на топлинните ефекти при постоянно налягане Q p са посочени равни на промяната в енталпията на системата. Стойността обикновено се дава от дясната страна на уравнението, разделена със запетая или точка и запетая. Приемат се следните, Да се- кристален. Тези символи се пропускат, ако състоянието на агрегация на веществата е очевидно, например O 2, H 2 и т.н.
Уравнението на реакцията е:

NH3 (g) + НCl (g) = NH4Cl (q). ; =?

Стойностите на стандартните топлини на образуване на вещества са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлините на образуване на прости вещества обикновено се приемат за нула. Топлината на реакцията може да се изчисли, като се използва следствието e от закона на Хес:

= (NH4Cl) - [(NH3) + (HCl)];
= -315,39 -[-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Термохимичното уравнение ще има вида:

Топлината, отделена по време на реакцията на 10 литра амоняк от тази реакция, се определя от пропорцията:

22,4 : -176,85 = 10 : NS; x = 10 (-176.85) / 22.4 = -78.97 kJ; Q = 78,97 kJ.

Отговор: 78,97 kJ.

Проблем No.6

Изчислете средния топлинен капацитет на веществото, даден в таблицата. 6, в температурния диапазон от 298 до TДА СЕ.

Таблица 6

	Вещество			Вещество

Решение:

Помислете за изчисляването на средния топлинен капацитет на амоняка в температурния диапазон от 298 до 800 ДА СЕ.

Топлинен капацитет- Това е съотношението на количеството топлина, погълнато от тялото по време на нагряване, към повишаването на температурата, което съпътства нагряването. За отделно вещество се прави разлика между специфичен(един килограм) и моларен(един мол) топлинен капацитет.

Истински топлинен капацитет

, (21)

където δ В - безкрайно малко количество топлина, необходимо за повишаване на телесната температура с безкрайно малко количество dT .

Средна топлинна мощностТова е съотношението на количеството топлина Вда се повиши температурата ∆ T = T 2 – T 1 ,

.

Тъй като топлината не е функция на състоянието и зависи от пътя на процеса, е необходимо да се посочат условията за протичане на процеса на нагряване. При изохорични и изобарни процеси за безкрайно малка промяна δ В V = dU и δ В стр = dH, Следователно

и
. (22)

Връзка между истински изохорен(С V) и изобарен (° С стр) топлинни мощностивещество и неговите средно аритметичноизохорен
и изобарен
топлинни мощностив температурния диапазон от T 1 преди T 2 се изразява с уравнения (23) и (24):

; (23)

. (24)

Зависимостите на истинския топлинен капацитет от температурата се изразяват със следните емпирични уравнения:

; (за не органична материя) (25)

... (за органични вещества) (26)

Ще използваме справочника за физични и химични количества. Нека запишем коефициентите (a, b, c) на уравнението за зависимостта на изобарната топлинна мощност на амоняка от температурата:

Таблица 7

Вещество
		б· Десет 3	° С / · Десет –5

Нека напишем уравнението на зависимостта на истинската топлинна мощност на амоняка от температурата:

.

Заменете това уравнение във формула (24) и изчислете средната топлинна мощност на амоняка:

= 1/(800-298)
=

0,002 = 43,5 J / mol K.

Проблем номер 7

За химическата реакция, показана в табл. 2, начертайте графиките на зависимостите на сумата от топлинните мощности на реакционните продукти от температурата
и сумата от топлинните мощности на изходните материали спрямо температурата
... Уравнения на зависимостта
вземете от справка. Изчислете промяната в топлинния капацитет по време на химическа реакция (
) при температури 298 K, 400 K и T K (Таблица 6).

Решение:

Нека изчислим промяната в топлинния капацитет при температури 298 K, 400 K и 600 K, като използваме примера на реакцията на синтез на амоняк:

Нека запишем коефициентите (a, b, c, c /) 1 на уравненията на зависимостта на истинската топлинна мощност на амоняка от температурата за изходните материали и продуктите на реакцията, като вземем предвид стехиометричните коефициенти ... Нека изчислим сумата от коефициентите. Например сумата от коефициентите аза изходните материали е

= 27,88 + 3 * 27,28 = 109,72.

Сума от коефициенти аза реакционните продукти е

= 2 29,8 = 59,6.

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

Таблица 8

Вещество			б· Десет 3	° С / · Десет – 5	s 10 6
първоначален вещества
( , , )
( , , )
, ,

По този начин уравнението на зависимостта

за реакционните продукти е както следва:

= 59,60 + 50,96 · 10 –3 Т - 3,34 · 10 5 / Т 2.

Начертайте зависимостта на сумата от топлинния капацитет на реакционните продукти от температурата
изчислете сумата от топлинните мощности при няколко температури:

При Т = 298 К.

= 59,60 + 50,96 · 10 –3 · 298 - 3,34 · 10 5/298 2 = 71,03 J / K;

В Т. = 400 К.
= 77.89 J / K;

При Т = 600 К.
= 89,25 Дж / К.

Уравнение на зависимостта
за първоначалните вещества има формата:

= 109.72 + 14.05 · 10 -3 Т + 1.50 · 10 -5 / Т2.

По същия начин ние изчисляваме
изходни материали при няколко температури:

При Т = 298 К.

= 109,72 + 14,05 · 10 –3 · 298 + 1,50 · 10 5/298 2 = 115,60 J / K;

При Т = 400 К.
= 116,28 J / K;

При Т = 600 К.
= 118,57 Дж / К.

След това изчисляваме промяната в изобарния топлинен капацитет
по време на реакцията при няколко температури:

= –50,12 + 36,91 · 10 –3 Т - 4,84 · 10 5 / Т 2,

= –44,57 J / K;

= –38,39 J / K;

= –29,32 Дж / К.

Използвайки изчислените стойности, ние начертаваме зависимостите на сумата от топлинните мощности на реакционните продукти и сумата от топлинните капацитети на изходните вещества от температурата.

Фигура 2. Зависимости на общия топлинен капацитет на изходните материали и продуктите на реакцията от температурата за реакцията на синтез на амоняк

В този температурен диапазон общият топлинен капацитет на изходните материали е по -висок от общия топлинен капацитет на продуктите, следователно,
в целия температурен диапазон от 298 K до 600 K.

Проблем номер 8

Изчислете топлинния ефект на реакцията, даден в таблицата. 2, при температура T K (Таблица 6).

Решение:

Нека изчислим топлинния ефект на реакцията на синтез на амоняк при температура 800 ДА СЕ.

Зависимост от топлинния ефект
описва реакциите от температурата Законът на Кирххоф

, (27)

където
- промяна в топлинния капацитет на системата по време на реакцията. Нека анализираме уравнението:

1) Ако
> 0, т.е. сумата от топлинните мощности на продуктите от реакцията е по -голяма от сумата от топлинните мощности на изходните вещества, тогава > 0,. пристрастяване
увеличаване и с повишаване на температурата термичният ефект се увеличава.

2) Ако
< 0, то< 0, т.е. зависимость убывающая, и с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

3) Ако
= 0, тогава = 0, топлинният ефект не зависи от температурата.

В интегрална форма уравнението на Кирххоф има следния вид:

. (28)

а) ако топлинният капацитет не се промени по време на процеса, т.е. сумата от топлинните мощности на реакционните продукти е равна на сумата от топлинните мощности на изходните материали (
), тогава топлинният ефект не зависи от температурата

= const.

б) за приблизително изчислениеможем да пренебрегнем температурната зависимост на топлинните мощности и да използваме стойностите на средните топлинни мощности на участниците в реакцията (
). В този случай изчислението се извършва по формулата

в) за точно изчислениеса необходими данни за зависимостта на топлинния капацитет на всички участници в реакцията от температурата
... В този случай топлинният ефект се изчислява по формулата

(30)

Изписваме референтните данни (Таблица 9) и изчисляваме промените в съответните стойности за всяка колона по аналогия със задача № 7). Използваме получените данни за изчисление:

Приблизително:

= –91880 + (–31,88) (800 - 298) = –107883,8 J = - 107,88 kJ.

= –91880 + (–50,12) (800 - 298) + 1/2 · 36,91 · 10 -3 (800 2 - 298 2) +

- (–4.84 · 10 5) (1/800 - 1/298) = - 107815 J = - 107.82 kJ.

За реакцията на синтез на амоняк, промяната в топлинния капацитет по време на реакцията
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

Таблица 9

	Вещество			Сума за продуктите на реакцията	Размер на изходните материали	Промяна в хода на реакцията
,				=	=	=
, J / (mol K)				=	=	=
				=	=	=
				=	=	=
				=	= 1,5	=
				= 0	= 0	= 0