थर्मल प्रभाव का निर्धारण कैसे करें। प्रतिक्रिया और थर्मोकेमिकल गणना की गर्मी

यहाँ और नीचे के सूचकांक मैंप्रारंभिक पदार्थों या अभिकर्मकों और सूचकांकों का संदर्भ लें जे- अंतिम पदार्थों या प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए; और क्रमशः प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए प्रतिक्रिया समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं।

उदाहरण:आइए हम मेथनॉल संश्लेषण प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें मानक शर्तें.

समाधान:गणना के लिए, हम प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों के गठन के मानक ताप पर संदर्भ डेटा का उपयोग करेंगे (संदर्भ पुस्तक के पृष्ठ 72 पर तालिका 44 देखें)।

मानक शर्तों के तहत मेथनॉल संश्लेषण प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव, हेस कानून (समीकरण 1.15) के पहले परिणाम के अनुसार है:

रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना करते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि थर्मल प्रभाव अभिकर्मकों के एकत्रीकरण की स्थिति और रिकॉर्डिंग के प्रकार पर निर्भर करता है। रासायनिक समीकरणप्रतिक्रियाएं:

हेस के नियम के दूसरे परिणाम के अनुसार, थर्मल प्रभाव की गणना दहन की गर्मी का उपयोग करके की जा सकती है सी एच, प्रारंभिक पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन की ऊष्मा के योग के बीच अंतर के रूप में (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

जहां आर सी पी- रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप सिस्टम की आइसोबैरिक ताप क्षमता में परिवर्तन की विशेषता है और इसे प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव का तापमान गुणांक कहा जाता है।

यह किरचॉफ अंतर समीकरण से निम्नानुसार है कि तापमान पर थर्मल प्रभाव की निर्भरता संकेत Δ . द्वारा निर्धारित की जाती है आर सी पी, अर्थात। निर्भर करता है कि कौन सा अधिक है, प्रारंभिक सामग्री की कुल गर्मी क्षमता या प्रतिक्रिया उत्पादों की कुल गर्मी क्षमता। आइए विश्लेषण करें अंतर समीकरणकिरचॉफ।

1. यदि तापमान गुणांक आर सी पी> 0, फिर व्युत्पन्न > 0 और फ़ंक्शन की बढ़ती। इसलिए, बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव बढ़ता है।

2. यदि तापमान गुणांक आर सी पी< 0, то производная < 0 и функция घट रहा है। इसलिए, बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव कम हो जाता है।

3. यदि तापमान गुणांक आर सी पी= 0, फिर अवकलज = 0 और . इसलिए, प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव तापमान पर निर्भर नहीं करता है। यह मामला व्यवहार में नहीं होता है।

विभेदक समीकरण विश्लेषण के लिए सुविधाजनक हैं, लेकिन गणना के लिए असुविधाजनक हैं। एक रासायनिक प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना के लिए एक समीकरण प्राप्त करने के लिए, हम चरों को विभाजित करके किरचॉफ अंतर समीकरण को एकीकृत करते हैं:

पदार्थों की गर्मी क्षमता तापमान पर निर्भर करती है, इसलिए, और . हालांकि, आमतौर पर रासायनिक-तकनीकी प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाने वाले तापमान की सीमा में, यह निर्भरता महत्वपूर्ण नहीं है। व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, पदार्थों की औसत ताप क्षमता का उपयोग तापमान सीमा में 298 K से किसी दिए गए तापमान तक किया जाता है। संदर्भ पुस्तकों में दिया गया है। औसत ताप क्षमता का उपयोग करके गणना की गई थर्मल प्रभाव तापमान गुणांक:

उदाहरण:आइए हम 1000 K के तापमान और मानक दबाव पर मेथनॉल संश्लेषण प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना करें।

समाधान:गणना के लिए, हम तापमान रेंज में प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों की औसत गर्मी क्षमता 298 K से 1000 K तक संदर्भ डेटा का उपयोग करेंगे (संदर्भ पुस्तक के पृष्ठ 56 पर तालिका 40 देखें):

रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्रणाली की औसत ताप क्षमता में परिवर्तन:

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम

में से एक महत्वपूर्ण कार्यरासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी विचाराधीन दिशा में एक रासायनिक प्रतिक्रिया की सहज घटना की मौलिक संभावना (या असंभव) की व्याख्या है। ऐसे मामलों में जहां यह स्पष्ट हो जाता है कि यह रासायनिक बातचीतहो सकता है, प्रारंभिक सामग्री के रूपांतरण की डिग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों की उपज, यानी प्रतिक्रिया की पूर्णता निर्धारित करना आवश्यक है

स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया की दिशा दूसरे नियम या ऊष्मागतिकी की शुरुआत के आधार पर निर्धारित की जा सकती है, उदाहरण के लिए, क्लॉसियस अभिधारणा के रूप में:

गर्मी अपने आप ठंडे शरीर से गर्म शरीर में नहीं जा सकती है, यानी ऐसी प्रक्रिया असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम कम तापमान वाले शरीर से उच्च तापमान वाले शरीर में गर्मी का स्थानांतरण होगा।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के कई सूत्र प्रस्तावित किए गए हैं। थॉमसन-प्लैंक सूत्रीकरण:

दूसरी तरह की एक सतत गति मशीन असंभव है, यानी, समय-समय पर चलने वाली ऐसी मशीन असंभव है जो गर्मी स्रोत को ठंडा करके ही काम प्राप्त करने की अनुमति देगी।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का गणितीय सूत्रीकरण एन। कार्नोट और आर। क्लॉसियस के कार्यों में ऊष्मा इंजनों के संचालन के विश्लेषण में उत्पन्न हुआ।

क्लॉसियस ने राज्य समारोह की शुरुआत की एस, जिसे एन्ट्रापी कहते हैं, जिसका परिवर्तन ऊष्मा के बराबर होता है प्रतिवर्ती प्रक्रिया, तापमान से संबंधित

किसी भी प्रक्रिया के लिए

(1.22)

परिणामी अभिव्यक्ति ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम की गणितीय अभिव्यक्ति है।

एक की तरह भौतिक विशेषताएंमानव है भुजबल, सबसे महत्वपूर्ण विशेषताकोई भी रासायनिक बंधन बंधन की ताकत है, अर्थात। उसकी ऊर्जा।

याद रखें कि एक रासायनिक बंधन की ऊर्जा वह ऊर्जा है जो रासायनिक बंधन के निर्माण के दौरान जारी होती है या वह ऊर्जा जिसे इस बंधन को नष्ट करने के लिए खर्च करने की आवश्यकता होती है।

में रासायनिक प्रतिक्रिया सामान्य मामलाएक पदार्थ का दूसरे में परिवर्तन है। नतीजतन, एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान, कुछ बंधन टूट जाते हैं और अन्य बनते हैं, अर्थात। ऊर्जा रूपांतरण।

भौतिकी का मूल नियम कहता है कि ऊर्जा शून्य से उत्पन्न नहीं होती है और बिना किसी निशान के गायब नहीं होती है, बल्कि केवल एक रूप से दूसरे रूप में जाती है। इसकी बहुमुखी प्रतिभा के कारण यह सिद्धांतस्पष्ट रूप से एक रासायनिक प्रतिक्रिया पर भी लागू होता है।

रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव ऊष्मा की मात्रा कहलाती है

प्रतिक्रिया के दौरान जारी (या अवशोषित) और प्रतिक्रिया (या गठित) पदार्थ के 1 मोल को संदर्भित करता है।

ऊष्मीय प्रभाव को अक्षर Q द्वारा निरूपित किया जाता है और आमतौर पर kJ/mol या kcal/mol में मापा जाता है।

यदि अभिक्रिया ऊष्मा के निकलने के साथ होती है (Q>0), तो इसे ऊष्माक्षेपी कहते हैं, और यदि ऊष्मा के अवशोषण के साथ (Q)< 0) – эндотермической.

यदि हम योजनाबद्ध रूप से प्रतिक्रिया की ऊर्जा प्रोफ़ाइल को चित्रित करते हैं, तो एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए, उत्पाद अभिकारकों की तुलना में ऊर्जा में अधिक होते हैं, और एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए, इसके विपरीत, प्रतिक्रिया उत्पाद अभिकारकों की तुलना में ऊर्जा में कम (अधिक स्थिर) स्थित होते हैं। .

यह स्पष्ट है कि पदार्थ जितनी अधिक प्रतिक्रिया करता है, बड़ी मात्राऊर्जा जारी की जाएगी (या अवशोषित), यानी। ऊष्मीय प्रभाव सीधे पदार्थ की मात्रा के समानुपाती होता है। इसलिए, किसी पदार्थ के 1 मोल को ऊष्मीय प्रभाव का असाइनमेंट एक दूसरे के साथ तुलना करने की हमारी इच्छा के कारण होता है थर्मल प्रभावविभिन्न प्रतिक्रियाएं।

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव उदाहरण 1। हाइड्रोजन के साथ तांबे (II) ऑक्साइड के 8.0 ग्राम की कमी के दौरान, धातु तांबा और जल वाष्प का गठन किया गया था और 7.9 kJ गर्मी जारी की गई थी। कॉपर (II) ऑक्साइड कमी प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें।

समाधान । प्रतिक्रिया समीकरण CuO (ठोस) + H2 (g) = Cu (ठोस) + H2 O (g) + Q (*)

चलो 0.1 mol की कमी के लिए एक अनुपात बनाते हैं - 7.9 kJ जारी किया जाता है; 1 mol की बहाली के लिए - x kJ जारी किया जाता है

जहाँ x = + 79 kJ/mol. समीकरण (*) बन जाता है

CuO (ठोस) + H2 (g) = Cu (ठोस) + H2 O (g) +79 kJ

थर्मोकेमिकल समीकरण- यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया का समीकरण है, जिसमें प्रतिक्रिया मिश्रण (अभिकर्मकों और उत्पादों) के घटकों के एकत्रीकरण की स्थिति और प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव का संकेत दिया जाता है।

इसलिए, बर्फ को पिघलाने या पानी को वाष्पित करने के लिए, कुछ निश्चित मात्रा में ऊष्मा खर्च करने की आवश्यकता होती है, जबकि जब तरल पानी जम जाता है या जल वाष्प संघनित हो जाता है, तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है। इसलिए जब हम पानी से बाहर निकलते हैं तो हमें ठंड लगती है (शरीर की सतह से पानी के वाष्पीकरण के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है), और पसीना जैविक है। सुरक्षा यान्तृकीशरीर के अधिक गर्म होने से। इसके विपरीत, फ्रीजर पानी को जमा देता है और आसपास के कमरे को गर्म करता है, जिससे यह अतिरिक्त गर्मी देता है।

पर यह उदाहरणपानी के एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन के ऊष्मीय प्रभावों को दिखाया गया है। संलयन की ऊष्मा (0o C पर) = 3.34×105 J/kg (भौतिकी), या Qpl। \u003d - 6.02 kJ / mol (रसायन विज्ञान), वाष्पीकरण की गर्मी (वाष्पीकरण) (100o C पर) q \u003d 2.26 × 106 J / किग्रा (भौतिकी) या Qisp। \u003d - 40.68 kJ / mol (रसायन विज्ञान)।

गलन

		वाष्पीकरण

मॉड 298.

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव बेशक, उच्च बनाने की क्रिया संभव है जब एक ठोस

बायपास करते हुए गैस चरण में चला जाता है तरल अवस्थाऔर गैस चरण से बयान (क्रिस्टलीकरण) की रिवर्स प्रक्रियाएं, उनके लिए थर्मल प्रभाव की गणना या माप करना भी संभव है।

यह स्पष्ट है कि प्रत्येक पदार्थ में है रासायनिक बन्धइसलिए, प्रत्येक पदार्थ में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा होती है। हालांकि, एक रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा सभी पदार्थों को एक दूसरे में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। इसलिए, हम एक मानक राज्य शुरू करने के लिए सहमत हुए।

पदार्थ की मानक अवस्था 298 K के तापमान पर किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति और इन स्थितियों के तहत सबसे स्थिर एलोट्रोपिक संशोधन में 1 वायुमंडल का दबाव है।

मानक शर्तें 298 K का तापमान और 1 वायुमंडल का दबाव है। मानक स्थिति (मानक स्थिति) को सूचकांक 0 द्वारा दर्शाया जाता है।

यौगिक के निर्माण की मानक ऊष्मा मानक अवस्था में लिए गए साधारण पदार्थों से किसी दिए गए यौगिक के बनने की रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव कहलाता है। किसी यौगिक के बनने की ऊष्मा को प्रतीक Q . द्वारा निरूपित किया जाता है 0 कई यौगिकों के लिए, गठन की मानक ऊष्मा भौतिक-रासायनिक मात्राओं की संदर्भ पुस्तकों में दी गई है।

साधारण पदार्थों के निर्माण की मानक ऊष्माएँ 0 हैं। उदाहरण के लिए, Q0 arr.298 (O2, गैस) = 0, Q0 arr.298 (C, ठोस, ग्रेफाइट) = 0।

उदाहरण के लिए । कॉपर (II) सल्फेट के निर्माण के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखिए। संदर्भ पुस्तक Q0 गिरफ्तारी 298 (CuSO4) = 770 kJ/mol से।

Cu (s.) + S (s.) + 2O2 (g.) = CuSO4 (s.) + 770 kJ।

नोट: थर्मोकेमिकल समीकरण किसी भी पदार्थ के लिए लिखा जा सकता है, हालांकि, यह समझना चाहिए कि में वास्तविक जीवनप्रतिक्रिया पूरी तरह से अलग तरीके से होती है: सूचीबद्ध अभिकर्मकों से, तांबे (II) और सल्फर (IV) के ऑक्साइड गर्म होने पर बनते हैं, लेकिन कॉपर (II) सल्फेट नहीं बनता है। महत्वपूर्ण निष्कर्ष: थर्मोकेमिकल समीकरण - एक मॉडल जो आपको गणना करने की अनुमति देता है, यह अन्य थर्मोकेमिकल डेटा के साथ अच्छा समझौता है, लेकिन अभ्यास की परीक्षा का सामना नहीं करता है (यानी प्रतिक्रिया की संभावना या असंभवता का सही अनुमान लगाने में असमर्थ है)।

(बी जे) - ए आई × क्यू एआर 0, 298 आई

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव

स्पष्टीकरण। आपको गुमराह न करने के लिए, मैं तुरंत उस रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी को जोड़ दूंगा प्रतिक्रिया की संभावना / असंभवता की भविष्यवाणी कर सकते हैं, हालांकि, इसके लिए अधिक गंभीर "टूल्स" की आवश्यकता होती है जो इससे आगे जाते हैं स्कूल पाठ्यक्रमरसायन विज्ञान। इन विधियों की तुलना में थर्मोकेमिकल समीकरण चेप्स के पिरामिड की पृष्ठभूमि के खिलाफ पहला कदम है - कोई इसके बिना नहीं कर सकता, लेकिन कोई ऊंचा नहीं उठ सकता।

उदाहरण 2। 5.8 ग्राम के द्रव्यमान वाले पानी के संघनन के ऊष्मीय प्रभाव की गणना करें। संघनन प्रक्रिया को थर्मोकेमिकल समीकरण H2 O (g.) = H2 O (l.) + Q द्वारा वर्णित किया गया है - संक्षेपण आमतौर पर एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया है। 25o C पर पानी के संघनन की गर्मी 37 kJ/mol (संदर्भ पुस्तक) है।

इसलिए, क्यू = 37 × 0.32 = 11.84 केजे।

19 वीं शताब्दी में, रूसी रसायनज्ञ हेस, जिन्होंने प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों का अध्ययन किया, ने प्रयोगात्मक रूप से रासायनिक प्रतिक्रियाओं के संबंध में ऊर्जा के संरक्षण के कानून की स्थापना की - हेस का नियम।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव प्रक्रिया के मार्ग पर निर्भर नहीं करता है और केवल अंतिम और प्रारंभिक अवस्था के बीच के अंतर से निर्धारित होता है।

रसायन विज्ञान और गणित की दृष्टि से यह कानूनइसका मतलब है कि हम प्रक्रिया की गणना के लिए कोई भी "गणना प्रक्षेपवक्र" चुनने के लिए स्वतंत्र हैं, क्योंकि परिणाम इस पर निर्भर नहीं करता है। इस कारण से, बहुत महत्वपूर्ण कानूनहेस के पास एक अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण है हेस के नियम का परिणाम.

एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन की ऊष्मा के योग के बराबर होता है, अभिकारकों के गठन की ऊष्मा का योग (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए)।

सामान्य ज्ञान के दृष्टिकोण से, यह परिणाम उस प्रक्रिया से मेल खाता है जिसमें सभी अभिकारकों को पहले सरल पदार्थों में परिवर्तित किया गया था, जिन्हें फिर एक नए तरीके से इकट्ठा किया गया था, ताकि प्रतिक्रिया उत्पाद प्राप्त हो सकें।

एक समीकरण के रूप में, हेस के नियम का परिणाम इस तरह दिखता है प्रतिक्रिया समीकरण: ए 1 ए 1 + ए 2 ए 2 + ... + ए एन ए एन = बी 1 बी 1 + बी 2 बी 2 + ... बी

इस मामले में, a i और b j स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं, A i अभिकर्मक हैं, B j प्रतिक्रिया उत्पाद हैं।

तब हेस के नियम के परिणाम का रूप Q = b j × Q arr 0 .298 है।

कश्मीर बीके + क्यू

(ए मैं)

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव कई पदार्थों के गठन के मानक ताप के बाद से

ए) विशेष तालिकाओं में सारांशित किया गया है या बी) प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, फिर बहुत के थर्मल प्रभाव की भविष्यवाणी (गणना) करना संभव हो जाता है एक बड़ी संख्या मेंउच्च सटीकता के साथ प्रतिक्रियाएं।

उदाहरण 3। (हेस के नियम का परिणाम)। मानक शर्तों के तहत गैस चरण में होने वाली मीथेन के भाप सुधार के थर्मल प्रभाव की गणना करें:

सीएच 4 (जी) + एच 2 ओ (जी) = सीओ (जी) + 3 एच 2 (जी)

निर्धारित करें कि क्या यह प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक या एंडोथर्मिक है?

हल: हेस के नियम का परिणाम

क्यू = 3 क्यू0			डी) +क्यू 0		(सीओ, जी) -क्यू 0		डी) −क्यू 0		ओ, डी) - सामान्य शब्दों में।
	मॉड, 298			मॉड, 298	मॉड, 298		मॉड, 298
क्यू गिरफ्तारी0	298 (एच 2, जी) \u003d 0			अपनी मानक अवस्था में एक साधारण पदार्थ

संदर्भ पुस्तक से हम मिश्रण के शेष घटकों के बनने की ऊष्मा पाते हैं।

		ओ, जी) = 241.8			(सीओ, जी) = 110.5				डी) = 74.6
मॉड, 298				मॉड, 298			मॉड, 298

मानों को समीकरण में प्लग करना

क्यू \u003d 0 + 110.5 - 74.6 - 241.8 \u003d -205.9 kJ / mol, प्रतिक्रिया जोरदार एंडोथर्मिक है।

उत्तर: क्यू \u003d -205.9 केजे / मोल, एंडोथर्मिक

उदाहरण 4. (हेस के नियम का अनुप्रयोग)। प्रतिक्रियाओं की ज्ञात ऊष्मा

सी (ठोस) + ½ ओ (जी) \u003d सीओ (जी) + 110.5 केजे

सी (एस।) + ओ 2 (जी।) = सीओ 2 (जी।) + 393.5 केजे प्रतिक्रिया 2CO (जी।) + ओ 2 (जी।) = 2CO2 (जी) के गर्मी प्रभाव का पता लगाएं। समाधान हम पहले गुणा करते हैं और 2 . पर दूसरा समीकरण

2C (s.) + O2 (g.) \u003d 2CO (g.) + 221 kJ 2C (s.) + 2O2 (g.) \u003d 2CO2 (g.) + 787 kJ

दूसरे समीकरण से पहले को घटाएं

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

2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ उत्तर: 566 kJ/mol।

नोट: थर्मोकैमिस्ट्री का अध्ययन करते समय, हम बाहर (बाहर) से एक रासायनिक प्रतिक्रिया पर विचार करते हैं। इसके विपरीत, रासायनिक ऊष्मागतिकी व्यवहार का विज्ञान है रासायनिक प्रणाली- सिस्टम को अंदर से मानता है और "थैलेपी" एच की अवधारणा के साथ सिस्टम की थर्मल ऊर्जा के रूप में संचालित होता है। थैलेपी, सो

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। रासायनिक प्रतिक्रिया के ऊष्मीय प्रभाव का अर्थ ऊष्मा की मात्रा के समान होता है, लेकिन इसका विपरीत संकेत होता है: यदि सिस्टम से ऊर्जा निकलती है, वातावरणयह प्राप्त करता है और गर्म होता है, और सिस्टम ऊर्जा खो देता है।

साहित्य:

1. पाठ्यपुस्तक, वी.वी. एरेमिन, एन.ई. कुज़्मेंको और अन्य, रसायन विज्ञान ग्रेड 9, पैराग्राफ 19,

2. शिक्षक का सहायक"सामान्य रसायन विज्ञान की बुनियादी बातों" भाग 1।

एस.जी. द्वारा संकलित बारम, आई.एन. मिरोनोव। - अपने साथ लेलो! अगले सेमिनार के लिए

3. ए.वी. मैनुइलोव। रसायन विज्ञान की मूल बातें। http://hemi.nsu.ru/index.htm

9.1 रासायनिक अभिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव। थर्मोकैमिस्ट्री के बुनियादी नियम।

9.2** थर्मोकैमिस्ट्री (जारी)। तत्वों से पदार्थ के निर्माण की ऊष्मा।

गठन की मानक थैलीपी।

ध्यान!

हम कम्प्यूटेशनल समस्याओं को हल करने के लिए आगे बढ़ रहे हैं, इसलिए, अब से, रसायन विज्ञान में सेमिनार के लिए एक कैलकुलेटर वांछनीय है।

थर्मोकैमिस्ट्री में, गर्मी की मात्रा क्यूजो रासायनिक अभिक्रिया के परिणामस्वरूप मुक्त या अवशोषित होता है, कहलाता है थर्मल प्रभाव।ऊष्मा छोड़ने वाली अभिक्रियाएँ कहलाती हैं एक्ज़ोथिर्मिक (प्रश्न> 0), और गर्मी के अवशोषण के साथ - एन्दोठेर्मिक (क्यू<0 ).

ऊष्मप्रवैगिकी में, क्रमशः, वे प्रक्रियाएँ जिनमें ऊष्मा निकलती है, कहलाती हैं एक्ज़ोथिर्मिक, और वे प्रक्रियाएँ जिनमें ऊष्मा अवशोषित होती है - एन्दोठेर्मिक.

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के परिणाम के अनुसार आइसोकोरिक-आइसोथर्मल प्रक्रियाओं के लिए, थर्मल प्रभाव सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होता है .

चूंकि थर्मोकैमिस्ट्री में थर्मोडायनामिक्स के संबंध में विपरीत संकेत का उपयोग किया जाता है, तो।

आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल प्रक्रियाओं के लिए, थर्मल प्रभाव सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बराबर होता है .

अगर डी एच > 0- प्रक्रिया गर्मी के अवशोषण के साथ आगे बढ़ती है और है ऊष्माशोषी

अगर डी एच< 0 - प्रक्रिया गर्मी की रिहाई के साथ होती है और है ऊष्माक्षेपी

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम से यह निम्नानुसार हैहेस का नियम:

थर्मल प्रभाव रसायनिक प्रतिक्रियाकेवल प्रारंभिक पदार्थों और अंतिम उत्पादों के प्रकार और अवस्था पर निर्भर करता है, लेकिन प्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था में संक्रमण के मार्ग पर निर्भर नहीं करता है।

इस कानून का एक परिणाम यह नियम है कि थर्मोकेमिकल समीकरणों के साथ, आप सामान्य बीजीय संचालन कर सकते हैं।

एक उदाहरण के रूप में, CO2 के लिए कोयले के ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया पर विचार करें।

प्रारंभिक पदार्थों से अंतिम में संक्रमण सीधे कोयले को सीओ 2 में जलाकर किया जा सकता है:

सी (टी) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी)।

इस प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव एच 1.

इस प्रक्रिया को दो चरणों में किया जा सकता है (चित्र 4)। पहले चरण में, कार्बन प्रतिक्रिया से CO में जलता है

सी (टी) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ (जी),

दूसरे CO पर CO 2 तक जल जाता है

सीओ (टी) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी)।

इन प्रतिक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभाव, क्रमशः, एच 2और एच 3.

चावल। 4. CO 2 . को कोयले की दहन प्रक्रिया की योजना

व्यवहार में तीनों प्रक्रियाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हेस का नियम आपको इन तीन प्रक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों को समीकरण द्वारा संबंधित करने की अनुमति देता है:

Δ एच 1=Δ एच 2 + Δ एच 3.

पहली और तीसरी प्रक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों को अपेक्षाकृत आसानी से मापा जा सकता है, लेकिन कार्बन मोनोऑक्साइड में कोयले का दहन उच्च तापमानकठिन। इसके तापीय प्रभाव की गणना की जा सकती है:

Δ एच 2=Δ एच 1 - Δ एच 3.

मूल्यों एच 1और एच 2उपयोग किए गए कोयले के प्रकार पर निर्भर करता है। मूल्य एच 3इससे संबंधित नहीं है। 298K पर स्थिर दाब पर CO के एक मोल के दहन के दौरान ऊष्मा की मात्रा होती है एच 3= -283.395 kJ/mol. मैं एच 1\u003d -393.86 kJ / mol 298K पर। फिर 298K . पर एच 2\u003d -393.86 + 283.395 \u003d -110.465 kJ / mol।

हेस का नियम उन प्रक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना करना संभव बनाता है जिनके लिए कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं है या जिसके लिए उन्हें आवश्यक शर्तों के तहत मापा नहीं जा सकता है। यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं, और विघटन, वाष्पीकरण, क्रिस्टलीकरण, सोखना, आदि की प्रक्रियाओं पर भी लागू होता है।

हेस के नियम को लागू करते समय, निम्नलिखित शर्तों का कड़ाई से पालन किया जाना चाहिए:

दोनों प्रक्रियाओं में वास्तव में एक ही प्रारंभ राज्य और वास्तव में एक ही अंत राज्य होना चाहिए;

इतना ही नहीं होना चाहिए रासायनिक संरचनाउत्पाद, लेकिन उनके अस्तित्व की स्थिति (तापमान, दबाव, आदि) और एकत्रीकरण की स्थिति, और के लिए क्रिस्टलीय पदार्थऔर क्रिस्टलीय संशोधन।

हेस कानून के आधार पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना करते समय, दो प्रकार के थर्मल प्रभाव आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं - दहन की गर्मी और गठन की गर्मी।

शिक्षा की गर्मीसरल पदार्थों से दिए गए यौगिक के बनने की प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव कहलाता है।

ज्वलन की ऊष्माऑक्सीजन के साथ दिए गए यौगिक की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव कहलाता है उच्च ऑक्साइडइन आक्साइडों के संगत तत्व या यौगिक।

ऊष्मीय प्रभावों और अन्य मात्राओं के संदर्भ मूल्यों को आमतौर पर पदार्थ की मानक अवस्था के लिए संदर्भित किया जाता है।

जैसा मानक स्थितिअलग-अलग तरल और ठोस पदार्थ किसी दिए गए तापमान पर और एक वायुमंडल के बराबर दबाव पर अपनी स्थिति लेते हैं, और अलग-अलग गैसों के लिए, उनकी अवस्था ऐसी होती है कि दिए गए तापमान और दबाव पर 1.01 10 5 Pa (1 एटीएम) के बराबर होती है। इनमें एक आदर्श गैस के गुण होते हैं। गणना की सुविधा के लिए, संदर्भ डेटा देखें मानक तापमान 298 के.

यदि कोई तत्व कई संशोधनों में मौजूद हो सकता है, तो ऐसे संशोधन को मानक के रूप में लिया जाता है, जो 298 K और . पर स्थिर होता है वायुमण्डलीय दबाव, 1.01 10 5 पा (1 एटीएम.) के बराबर

पदार्थों की मानक अवस्था से संबंधित सभी मात्राओं को एक वृत्त के रूप में एक सुपरस्क्रिप्ट के साथ चिह्नित किया जाता है: . धातुकर्म प्रक्रियाओं में, अधिकांश यौगिक गर्मी की रिहाई के साथ बनते हैं, इसलिए उनके लिए थैलेपी वृद्धि होती है। मानक स्थिति में तत्वों के लिए, मान .

प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों के गठन के मानक तापों के संदर्भ डेटा का उपयोग करके, कोई आसानी से प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना कर सकता है।

हेस के नियम से यह इस प्रकार है:प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव समीकरण के दाईं ओर इंगित सभी पदार्थों के गठन की गर्मी के अंतर के बराबर है(अंतिम पदार्थ या प्रतिक्रिया उत्पाद) , और समीकरण के बाईं ओर इंगित सभी पदार्थों के गठन की गर्मी(शुरुआती पदार्थ) , प्रतिक्रिया समीकरण में इन पदार्थों के सूत्रों के सामने गुणांक के बराबर गुणांक के साथ लिया गया:

कहाँ पे एन- अभिक्रिया में शामिल पदार्थ के मोलों की संख्या।

उदाहरण। आइए हम प्रतिक्रिया Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 के थर्मल प्रभाव की गणना करें। प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों के गठन की गर्मी हैं: Fe 3 O 4 के लिए, CO के लिए, FeO के लिए, CO 2 के लिए।

प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव:

चूँकि 298K पर अभिक्रिया ऊष्माशोषी है, अर्थात्। गर्मी के अवशोषण के साथ चला जाता है।

व्यायाम 81.
Fe की कमी के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना करें 2O3 धातु एल्यूमीनियम यदि 335.1 ग्राम लोहा प्राप्त किया गया था। उत्तर: 2543.1 kJ.
समाधान:
प्रतिक्रिया समीकरण:

\u003d (अल 2 ओ 3) - (Fe 2 O 3) \u003d -1669.8 - (-822.1) \u003d -847.7 kJ

335.1 ग्राम लोहे की प्राप्ति पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना, हम अनुपात से करते हैं:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : एक्स; एक्स = (0847.7 .) . 335,1)/ (2 . 55.85) = 2543.1 kJ,

जहां 55.85 लोहे का परमाणु द्रव्यमान है।

उत्तर: 2543.1 केजे.

प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव

टास्क 82.
गैसीय इथेनॉल C2H5OH एथिलीन सी 2 एच 4 (जी) और जल वाष्प की बातचीत से प्राप्त किया जा सकता है। इस प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें, पहले इसके ऊष्मीय प्रभाव की गणना करें। उत्तर: -45.76 केजे।
समाधान:
प्रतिक्रिया समीकरण है:

सी 2 एच 4 (जी) + एच 2 ओ (जी) \u003d सी 2 एच 5 ओएच (जी); = ?

पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मान विशेष तालिकाओं में दिए गए हैं। यह मानते हुए कि साधारण पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा को सशर्त रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें, हेस कानून के परिणाम का उपयोग करके, हम प्राप्त करते हैं:

\u003d (सी 2 एच 5 ओएच) - [ (सी 2 एच 4) + (एच 2 ओ)] \u003d
= -235.1 - [(52.28) + (-241.83)] = - 45.76 kJ

प्रतिक्रिया समीकरण जिसमें प्रतीकों के बारे में रासायनिक यौगिकउनके एकत्रीकरण या क्रिस्टलीय संशोधन की स्थिति का संकेत दिया गया है, साथ ही अंकीय मूल्यऊष्मीय प्रभावों को थर्मोकेमिकल कहा जाता है। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, जब तक अन्यथा निर्दिष्ट नहीं किया जाता है, एक स्थिर दबाव क्यू पी पर थर्मल प्रभाव के मूल्यों को सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बराबर दर्शाया जाता है। मान आमतौर पर समीकरण के दाईं ओर दिया जाता है, जिसे अल्पविराम या अर्धविराम से अलग किया जाता है। पदार्थ की समग्र स्थिति के लिए निम्नलिखित संक्षिप्ताक्षर स्वीकार किए जाते हैं: जी- गैसीय, तथा- तरल, प्रति

यदि किसी अभिक्रिया के परिणामस्वरूप ऊष्मा निकलती है, तो< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

सी 2 एच 4 (जी) + एच 2 ओ (जी) \u003d सी 2 एच 5 ओएच (जी); = - 45.76 केजे।

उत्तर:- 45.76 केजे।

टास्क 83.
निम्नलिखित थर्मोकेमिकल समीकरणों के आधार पर हाइड्रोजन के साथ आयरन (II) ऑक्साइड की कमी प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें:

ए) ईईओ (सी) + सीओ (जी) \u003d फे (सी) + सीओ 2 (जी); = -13.18 केजे;
बी) सीओ (जी) + 1/2O 2 (जी) = सीओ 2 (जी); = -283.0 केजे;
सी) एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी); = -241.83 केजे।
उत्तर: +27.99 केजे।

समाधान:
हाइड्रोजन के साथ आयरन ऑक्साइड (II) की कमी के लिए प्रतिक्रिया समीकरण का रूप है:

ईईओ (के) + एच 2 (जी) \u003d फे (के) + एच 2 ओ (जी); = ?

\u003d (H2O) - [ (FeO)

पानी के बनने की गर्मी समीकरण द्वारा दी जाती है

एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी); = -241.83 केजे,

और आयरन ऑक्साइड (II) के गठन की गर्मी की गणना की जा सकती है यदि समीकरण (ए) को समीकरण (बी) से घटाया जाता है।

\u003d (सी) - (बी) - (ए) \u003d -241.83 - [-283.o - (-13.18)] \u003d + 27.99 केजे।

उत्तर:+27.99 केजे।

टास्क 84.
गैसीय हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड की परस्पर क्रिया के दौरान, जल वाष्प और कार्बन डाइसल्फ़ाइड СS 2 (g) बनते हैं। इस प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें, इसके थर्मल प्रभाव की प्रारंभिक गणना करें। उत्तर: +65.43 केजे।
समाधान:
जी- गैसीय, तथा- तरल, प्रति- क्रिस्टलीय। इन प्रतीकों को छोड़ दिया जाता है यदि पदार्थों की कुल स्थिति स्पष्ट है, उदाहरण के लिए, ओ 2, एच 2, आदि।
प्रतिक्रिया समीकरण है:

2 एच 2 एस (जी) + सीओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी) + सीएस 2 (जी); = ?

पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मान विशेष तालिकाओं में दिए गए हैं। यह मानते हुए कि साधारण पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा को सशर्त रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना हेस कानून से कोरोलरी ई का उपयोग करके की जा सकती है:

\u003d (एच 2 ओ) + (सीएस 2) - [(एच 2 एस) + (सीओ 2)];
= 2(-241.83) + 115.28 - = +65.43 केजे।

2 एच 2 एस (जी) + सीओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी) + सीएस 2 (जी); = +65.43 केजे।

उत्तर:+65.43 केजे।

थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया समीकरण

कार्य 85.
सीओ (जी) और हाइड्रोजन के बीच प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें, जिसके परिणामस्वरूप सीएच 4 (जी) और एच 2 ओ (जी) बनते हैं। यदि सामान्य परिस्थितियों में 67.2 लीटर मीथेन प्राप्त की जाती है, तो इस प्रतिक्रिया के दौरान कितनी गर्मी निकलेगी? उत्तर: 618.48 kJ।
समाधान:
प्रतिक्रिया समीकरण जिसमें उनके एकत्रीकरण या क्रिस्टलीय संशोधन की स्थिति रासायनिक यौगिकों के प्रतीकों के साथ-साथ थर्मल प्रभावों के संख्यात्मक मान के पास इंगित की जाती है, थर्मोकेमिकल कहलाती है। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, जब तक कि यह विशेष रूप से नहीं कहा जाता है, निरंतर दबाव क्यू पी पर थर्मल प्रभाव के मूल्यों को सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बराबर दर्शाया जाता है। मान आमतौर पर समीकरण के दाईं ओर दिया जाता है, जिसे अल्पविराम या अर्धविराम से अलग किया जाता है। पदार्थ की समग्र स्थिति के लिए निम्नलिखित संक्षिप्ताक्षर स्वीकार किए जाते हैं: जी- गैसीय, तथा- कुछ प्रति- क्रिस्टलीय। इन प्रतीकों को छोड़ दिया जाता है यदि पदार्थों की कुल स्थिति स्पष्ट है, उदाहरण के लिए, ओ 2, एच 2, आदि।
प्रतिक्रिया समीकरण है:

सीओ (जी) + 3 एच 2 (जी) \u003d सीएच 4 (जी) + एच 2 ओ (जी); = ?

पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मान विशेष तालिकाओं में दिए गए हैं। यह मानते हुए कि साधारण पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा को सशर्त रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना हेस कानून से कोरोलरी ई का उपयोग करके की जा सकती है:

\u003d (एच 2 ओ) + (सीएच 4) - (सीओ)];
\u003d (-241.83) + (-74.84) ​​- (-110.52) \u003d -206.16 केजे।

थर्मोकेमिकल समीकरण इस तरह दिखेगा:

22,4 : -206,16 = 67,2 : एक्स; एक्स \u003d 67.2 (-206.16) / 22? 4 \u003d -618.48 केजे; क्यू = 618.48 केजे।

उत्तर: 618.48 केजे।

गठन की गर्मी

कार्य 86.
ऊष्मीय प्रभाव जिसकी प्रतिक्रिया गठन की गर्मी के बराबर होती है। निम्नलिखित थर्मोकेमिकल समीकरणों से NO के गठन की गर्मी की गणना करें:
ए) 4एनएच 3 (जी) + 5ओ 2 (जी) \u003d 4एनओ (जी) + 6एच 2 ओ (जी); = -1168.80 केजे;
बी) 4एनएच 3 (जी) + 3ओ 2 (जी) \u003d 2एन 2 (जी) + 6एच 2 ओ (जी); = -1530.28 केजे
उत्तर: 90.37 केजे।
समाधान:
गठन की मानक गर्मी मानक परिस्थितियों (टी = 298 के; पी = 1.0325.105 पा) के तहत साधारण पदार्थों से इस पदार्थ के 1 मोल के गठन की गर्मी के बराबर है। सरल पदार्थों से NO के निर्माण को निम्न प्रकार से दर्शाया जा सकता है:

1/2N 2 + 1/2O 2 = NO

प्रतिक्रिया (a) जिसमें NO के 4 मोल बनते हैं और प्रतिक्रिया (b) दी गई है जिसमें N2 के 2 मोल बनते हैं। दोनों प्रतिक्रियाओं में ऑक्सीजन शामिल है। इसलिए, NO के गठन की मानक ऊष्मा निर्धारित करने के लिए, हम निम्नलिखित हेस चक्र की रचना करते हैं, अर्थात, हमें समीकरण (a) को समीकरण (b) से घटाना होगा:

इस प्रकार, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90.37 केजे।

उत्तर: 618.48 केजे।

टास्क 87.
क्रिस्टलीय अमोनियम क्लोराइड गैसीय अमोनिया और हाइड्रोजन क्लोराइड की परस्पर क्रिया से बनता है। इस प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें, पहले इसके ऊष्मीय प्रभाव की गणना करें। यदि सामान्य परिस्थितियों में प्रतिक्रिया में 10 लीटर अमोनिया की खपत होती है, तो कितनी गर्मी निकलेगी? उत्तर: 78.97 केजे।
समाधान:
प्रतिक्रिया समीकरण जिसमें उनके एकत्रीकरण या क्रिस्टलीय संशोधन की स्थिति रासायनिक यौगिकों के प्रतीकों के साथ-साथ थर्मल प्रभावों के संख्यात्मक मान के पास इंगित की जाती है, थर्मोकेमिकल कहलाती है। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, जब तक कि यह विशेष रूप से नहीं कहा जाता है, निरंतर दबाव क्यू पी पर थर्मल प्रभाव के मूल्यों को सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बराबर दर्शाया जाता है। मान आमतौर पर समीकरण के दाईं ओर दिया जाता है, जिसे अल्पविराम या अर्धविराम से अलग किया जाता है। निम्नलिखित स्वीकार किए जाते हैं प्रति- क्रिस्टलीय। इन प्रतीकों को छोड़ दिया जाता है यदि पदार्थों की कुल स्थिति स्पष्ट है, उदाहरण के लिए, ओ 2, एच 2, आदि।
प्रतिक्रिया समीकरण है:

एनएच 3 (जी) + एचसीएल (जी) \u003d एनएच 4 सीएल (के)। ; = ?

पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मान विशेष तालिकाओं में दिए गए हैं। यह मानते हुए कि साधारण पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा को सशर्त रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना हेस कानून से कोरोलरी ई का उपयोग करके की जा सकती है:

\u003d (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315.39 - [-46.19 + (-92.31) = -176.85 केजे।

थर्मोकेमिकल समीकरण इस तरह दिखेगा:

इस प्रतिक्रिया में 10 लीटर अमोनिया की प्रतिक्रिया के दौरान जारी गर्मी अनुपात से निर्धारित होती है:

22,4 : -176,85 = 10 : एक्स; एक्स \u003d 10 (-176.85) / 22.4 \u003d -78.97 केजे; क्यू = 78.97 केजे।

उत्तर: 78.97 केजे।

काम #6

तालिका में दिए गए पदार्थ की औसत ताप क्षमता की गणना करें। 6, तापमान सीमा में 298 से . तक टीप्रति।

तालिका 6

	पदार्थ			पदार्थ

समाधान:

298 से 800 . के तापमान रेंज में अमोनिया की औसत ताप क्षमता की गणना पर विचार करें प्रति।

ताप की गुंजाइश- यह गर्म करने के दौरान शरीर द्वारा अवशोषित गर्मी की मात्रा का अनुपात है जो ताप के साथ-साथ तापमान में वृद्धि करता है। एक व्यक्तिगत पदार्थ के लिए, वहाँ हैं विशिष्ट(एक किलोग्राम) और दाढ़(एक मोल) ताप क्षमता।

सही गर्मी क्षमता

, (21)

कहाँ पे δ क्यू किसी पिंड के तापमान को एक अतिसूक्ष्म मात्रा से बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की अनंत मात्रा है डीटी .

औसत ताप क्षमतागर्मी का अनुपात है क्यूतापमान वृद्धि के लिए ∆ टी = टी 2 – टी 1 ,

.

चूंकि गर्मी एक राज्य कार्य नहीं है और प्रक्रिया पथ पर निर्भर करती है, इसलिए हीटिंग प्रक्रिया होने के लिए शर्तों को निर्दिष्ट करना आवश्यक है। एक असीम परिवर्तन के लिए समद्विबाहु और समदाब रेखीय प्रक्रियाओं में δ क्यू वी = ड्यू तथा δ क्यू पी = DH का, इसीलिए

तथा
. (22)

के बीच संबंध सच समद्विबाहु(से वी) तथा समदाब रेखीय (सी पी) गर्मी क्षमतापदार्थ और औसतआइसोकोरिक
और समदाब रेखीय
गर्मी क्षमतासे तापमान रेंज में टी 1 इससे पहले टी 2 समीकरणों (23) और (24) द्वारा व्यक्त किया जाता है:

; (23)

. (24)

तापमान पर वास्तविक ताप क्षमता की निर्भरता निम्नलिखित अनुभवजन्य समीकरणों द्वारा व्यक्त की जाती है:

; (के लिये नहीं कार्बनिक पदार्थ) (25)

. (जैविक पदार्थों के लिए) (26)

आइए भौतिक और रासायनिक मात्राओं की संदर्भ पुस्तक का उपयोग करें। आइए हम तापमान पर अमोनिया की समदाबीय ताप क्षमता की निर्भरता के लिए समीकरण के गुणांक (ए, बी, सी) लिखें:

तालिका 7

पदार्थ
		बी·दस 3	सी / ·दस –5

हम तापमान पर अमोनिया की वास्तविक ताप क्षमता की निर्भरता के लिए समीकरण लिखते हैं:

.

हम इस समीकरण को सूत्र (24) में प्रतिस्थापित करते हैं और अमोनिया की औसत ताप क्षमता की गणना करते हैं:

= 1/(800-298)
=

0.002 = 43.5 जे/मोल के.

टास्क #7

तालिका में दी गई रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए। 2, तापमान के एक फलन के रूप में प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमता का योग प्लॉट करें
और तापमान पर प्रारंभिक पदार्थों की गर्मी क्षमता का योग
. निर्भरता समीकरण
इसे पुस्तिका से लें। एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी क्षमता में परिवर्तन की गणना करें (
) 298 K, 400 K और . के तापमान पर टीके (तालिका 6)।

समाधान:

आइए एक उदाहरण के रूप में अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया का उपयोग करके 298 K, 400 K और 600 K के तापमान पर ताप क्षमता में परिवर्तन की गणना करें:

आइए हम प्रारंभिक पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों के तापमान पर अमोनिया की वास्तविक ताप क्षमता की निर्भरता के लिए समीकरणों के गुणांक (ए, बी, सी, सी /) 1 को स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए लिखें। . आइए गुणांक के योग की गणना करें। उदाहरण के लिए, गुणांकों का योग एकसामग्री शुरू करने के लिए बराबर है

= 27.88 + 3 27.28 = 109.72।

गुणांकों का योग एकप्रतिक्रिया उत्पादों के लिए है

= 2 29.8 = 59.6।

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

तालिका 8

पदार्थ			बी·दस 3	सी / ·दस – 5	एस 10 6
शुरुआती पदार्थों
( , , )
( , , )
, ,

इस प्रकार, निर्भरता समीकरण

प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए निम्नलिखित रूप हैं:

\u003d 59.60 + 50.96 10 -3 टी - 3.34 10 5 / टी 2।

तापमान पर प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमता के योग की निर्भरता की साजिश रचने के लिए
कई तापमानों पर ताप क्षमता के योग की गणना करें:

टी = 298 के . पर

\u003d 59.60 + 50.96 10 -3 298 - 3.34 10 5/298 2 \u003d 71.03 जे / के;

टी पर = 400 के
= 77.89 जम्मू/कश्मीर;

टी = 600 के . पर
= 89.25 जम्मू/कश्मीर।

निर्भरता समीकरण
सामग्री शुरू करने के लिए रूप है:

\u003d 109.72 + 14.05 10 -3 टी + 1.50 10 -5 / टी 2।

इसी तरह, हम गणना करते हैं
कई तापमानों पर सामग्री शुरू करना:

T=298 K . पर

\u003d 109.72 + 14.05 10 -3 298 + 1.50 10 5/298 2 \u003d 115.60 जे / के;

टी = 400 के . पर
= 116.28 जम्मू/कश्मीर;

टी = 600 के . पर
= 118.57 जम्मू/कश्मीर।

अगला, हम समदाब रेखीय ताप क्षमता में परिवर्तन की गणना करते हैं
कई तापमानों पर प्रतिक्रिया के दौरान:

\u003d -50.12 + 36.91 10 -3 टी - 4.84 10 5 / टी 2,

= -44.57 जम्मू/कश्मीर;

= -38.39 जम्मू/कश्मीर;

= -29.32 जम्मू/कश्मीर।

गणना किए गए मूल्यों के आधार पर, हम प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमताओं के योग और तापमान पर प्रारंभिक पदार्थों की गर्मी क्षमताओं के योग की निर्भरता के ग्राफ बनाते हैं।

चित्रा 2. अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के लिए तापमान पर प्रारंभिक पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों की कुल गर्मी क्षमता की निर्भरता

इस तापमान सीमा में, प्रारंभिक सामग्रियों की कुल ताप क्षमता उत्पादों की कुल ताप क्षमता से अधिक होती है, इसलिए,
पूरे तापमान में 298 K से 600 K तक होता है।

कार्य #8

तालिका में दी गई प्रतिक्रिया के ऊष्मीय प्रभाव की गणना करें। 2, तापमान पर टीके (तालिका 6)।

समाधान:

आइए हम 800 . के तापमान पर अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें प्रति।

थर्मल प्रभाव की निर्भरता
तापमान प्रतिक्रिया का वर्णन करता है किरचॉफ का नियम

, (27)

कहाँ पे
- प्रतिक्रिया के दौरान सिस्टम की गर्मी क्षमता में परिवर्तन। आइए समीकरण का विश्लेषण करें:

1) अगर
> 0, यानी प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमताओं का योग प्रारंभिक सामग्री की गर्मी क्षमताओं के योग से अधिक है, फिर > 0,। लत
बढ़ता है, और बढ़ते तापमान के साथ, थर्मल प्रभाव बढ़ता है।

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

3) अगर
= 0, तब = 0, ऊष्मीय प्रभाव तापमान पर निर्भर नहीं करता है।

अभिन्न रूप में, किरचॉफ समीकरण के निम्नलिखित रूप हैं:

. (28)

ए) यदि प्रक्रिया के दौरान गर्मी क्षमता नहीं बदलती है, अर्थात। प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमताओं का योग प्रारंभिक सामग्री की गर्मी क्षमताओं के योग के बराबर है (
), तो थर्मल प्रभाव तापमान पर निर्भर नहीं करता है

= स्थिरांक

बी) के लिए अनुमानित गणनाहम तापमान पर गर्मी क्षमताओं की निर्भरता की उपेक्षा कर सकते हैं और प्रतिक्रिया प्रतिभागियों की औसत गर्मी क्षमता के मूल्यों का उपयोग कर सकते हैं (
) इस मामले में, गणना सूत्र के अनुसार की जाती है

ग) के लिए सटीक गणनातापमान पर प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों की ताप क्षमता की निर्भरता पर डेटा की आवश्यकता होती है
. इस मामले में, थर्मल प्रभाव की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

(30)

हम संदर्भ डेटा (तालिका 9) लिखते हैं और कार्य संख्या 7 के अनुरूप प्रत्येक कॉलम के लिए संबंधित मानों में परिवर्तन की गणना करते हैं। हम गणना करने के लिए प्राप्त आंकड़ों का उपयोग करते हैं:

लगभग:

\u003d -91880 + (-31.88) (800 - 298) \u003d -107883.8 जे \u003d - 107.88 केजे।

\u003d -91880 + (-50.12) (800 - 298) + 1/2 36.91 10 -3 (800 2 - 298 2) +

- (-4.84 10 5) (1/800 - 1/298) \u003d - 107815 जे \u003d - 107.82 केजे।

अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के लिए, प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी क्षमता में परिवर्तन
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

तालिका 9

	पदार्थ			प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए योग	पदार्थ शुरू करने के लिए राशि	प्रतिक्रिया के दौरान परिवर्तन
,				=	=	=
, जे / (मोल के)				=	=	=
				=	=	=
				=	=	=
				=	= 1,5	=
				= 0	= 0	= 0