Reakcijos šiluma (reakcijos šiluma) yra išsiskyrusios arba sugertos šilumos kiekis Q. Jei reakcijos metu išsiskiria šiluma, tokia reakcija vadinama egzotermine, jei šiluma absorbuojama, reakcija vadinama endotermine.
Reakcijos šiluma nustatoma remiantis pirmuoju termodinamikos dėsniu (pradžia), kuriai matematinė išraiška paprasčiausiu pavidalu cheminės reakcijos yra lygtis:
Q = ΔU + рΔV (2.1)
kur Q yra reakcijos šiluma, ΔU yra pokytis vidinė energija, р - slėgis, ΔV - tūrio pokytis.
Termocheminis skaičiavimas susideda iš nustatymo terminis efektas reakcijos. Remiantis (2.1) lygtimi, reakcijos šilumos skaitinė vertė priklauso nuo jos atlikimo būdo. Izochoriniame procese, atliktame esant V = const, reakcijos šiluma Q V =Δ U, izobariniame procese esant p = konstančiam šiluminiam poveikiui Q P =Δ H. Taigi termocheminis skaičiavimas yra v nustatant pokyčių ar vidinės energijos kiekį arba entalpiją reakcijos metu. Kadangi didžioji dauguma reakcijų vyksta izobarinėmis sąlygomis (pavyzdžiui, tai visos reakcijos atviruose induose). Atmosferos slėgis), atliekant termocheminius skaičiavimus, ΔН ... JeiΔ H<0, то реакция экзотермическая, если же Δ H> 0, tada reakcija yra endoterminė.
Termocheminiai skaičiavimai atliekami naudojant Hesso dėsnį, pagal kurį šiluminis proceso efektas nepriklauso nuo jo kelio, o jį lemia tik pirminių proceso medžiagų ir produktų pobūdis ir būsena, arba dažniausiai Heso dėsnio pasekmė: šiluminis reakcijos efektas yra lygus produktų (entalpijų) susidarymo sumai, atėmus reagentų susidarymo šilumų (entalpijų) sumą.
Skaičiavimuose pagal Heso dėsnį naudojamos pagalbinių reakcijų lygtys, kurių šiluminis poveikis žinomas. Operacijų esmė skaičiavimuose pagal Heso dėsnį yra ta, kad algebriniai veiksmai atliekami pagalbinių reakcijų lygtimis, kurios lemia reakcijos lygtį su nežinomu šiluminiu poveikiu.
Pavyzdys 2.1... Reakcijos šilumos nustatymas: 2CO + O 2 = 2CO 2 ΔН -?
Kaip pagalbines reakcijas naudojame šias reakcijas: 1) С + О 2 = С0 2;Δ H1 = -393,51 kJ ir 2) 2C + O2 = 2CO;Δ H 2 = -220,1 kJ, kurΔ N / irΔ H 2 - pagalbinių reakcijų šilumos poveikis. Naudojant šių reakcijų lygtis, galima gauti tam tikros reakcijos lygtį, jei pagalbinė 1) lygtis padauginama iš dviejų ir iš gauto rezultato atimama 2) lygtis. Todėl nežinoma tam tikros reakcijos šiluma yra lygi:
Δ H = 2Δ H 1 -Δ H 2 = 2 (-393,51) -(-220,1) = -566,92 kJ.
Jei termocheminiam skaičiavimui naudojama Heso dėsnio pasekmė, tada reakcijai, išreikštai lygtimi aA + bB = cC + dD, naudokite ryšį:
ΔН = (cΔHobr, s + dΔHobr D) - (aΔHobr A + bΔH mėginys, c) (2.2)
kur ΔН yra reakcijos šiluma; ΔH o br - atitinkamai reakcijos produktų C ir D bei reagentų A ir B kaitinimas (entalpija); с, d, a, b - stechiometriniai koeficientai.
Junginio susidarymo šiluma (entalpija) yra reakcijos šiluminis poveikis, kurio metu susidaro 1 mol šio junginio paprastos medžiagos termodinamiškai stabiliomis fazėmis ir modifikacijomis 1 *. Pavyzdžiui , garų būsenos vandens susidarymo šiluma lygi pusei reakcijos šilumos, išreikšta lygtimi: 2H 2 (g)+ Apie 2 (g)= 2H 2O (d).Formavimo šilumos matmuo yra kJ / mol.
V termocheminiai skaičiavimai Reakcijų kaitra, kaip taisyklė, nustatoma standartinėms sąlygoms, kurių formulė (2.2) yra tokia:
ΔН ° 298 = (сΔН ° 298, mėginys, С + dΔH ° 298, o 6 p, D) - (аΔН ° 298, mėginys A + bΔН ° 298, mėginys, c)(2.3)
kur ΔН ° 298 yra standartinė reakcijos šiluma, išreikšta kJ (standartinė reikšmė nurodoma viršženkliu „0“), esant 298 K temperatūrai, o ΔН ° 298, obR yra standartinis susidarymo kaitinimas (entalpija), esant temperatūrai iš 298 tūkst. ΔН ° 298 .obR vertės.yra apibrėžti visiems ryšiams ir yra lentelės duomenys. 2 * - žr. Priedų lentelę.
2.2 pavyzdys. Standartinės šilumos apskaičiavimas p e akcijos, išreikštos lygtimi:
4NH 3 (r) + 5O 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2 O (g).
Pagal Heso įstatymo išvadą rašome 3 *:
Δ H 0 298 = (4Δ H 0 298. o b p. Ne + 6ΔH 0 298. lova H20) - 4ΔH 0 298 arr. NH. Pakeisdami lygtyje pateiktų junginių standartinių formavimosi šilumos lentelių reikšmes, gauname:Δ H 298= (4 (90,37) + 6 (-241,84)) - 4 (-46,19) = - 904,8 kJ.
Neigiamas ženklas reakcijos šiluma rodo proceso egzotermiškumą.
Termochemijoje terminis poveikis paprastai nurodomas reakcijos lygtyse. Toks lygtys su nurodytu šiluminiu efektu vadinamos termocheminėmis. Pavyzdžiui, 2.2 pavyzdyje nagrinėjama reakcijos termocheminė lygtis parašyta:
4NH 3 (g) + 50 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2 0 (g);Δ N ° 29 8 = - 904,8 kJ.
Jei sąlygos skiriasi nuo standarto, tai leidžia atlikti praktiniai termocheminiai skaičiavimai Xia naudojant aproksimaciją: Δ H ≈Δ 298 (2.4) Išraiška (2.4) atspindi silpną reakcijos šilumos priklausomybę nuo jos atsiradimo sąlygų.
Bet kokia cheminė reakcija lydi energijos išsiskyrimą arba absorbciją šilumos pavidalu.
Remdamiesi šilumos išsiskyrimu ar absorbcija, jie išskiria egzoterminis ir endoterminis reakcijos.
Egzoterminis reakcijos yra reakcijos, kurių metu išsiskiria šiluma (+ Q).
Endoterminės reakcijos yra reakcijos, kurių metu absorbuojama šiluma (-Q).
Šilumos reakcijos poveikis (Q) vadinamas šilumos kiekiu, kuris išsiskiria arba sugeria sąveikaujant tam tikram pradinių reagentų kiekiui.
Termocheminė lygtis yra lygtis, kurioje nurodomas cheminės reakcijos šiluminis poveikis. Taigi, pavyzdžiui, lygtys yra termocheminės:
Taip pat reikėtų pažymėti, kad termocheminės lygtys privalomas turėtų apimti informaciją apie reagentų ir produktų agregacijos būklę, nes nuo to priklauso šiluminio poveikio vertė.
Reakcijos šiluminio poveikio skaičiavimai
Tipinės problemos, surandančios reakcijos šiluminį efektą, pavyzdys:
Kai 45 g gliukozės sąveikauja su deguonies pertekliumi pagal lygtį
C 6 H 12 O 6 (televizija) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
išleido 700 kJ šilumos. Nustatykite reakcijos šiluminį poveikį. (Užrašykite skaičių iki sveikų skaičių.)
Sprendimas:
Apskaičiuokime gliukozės kiekį:
n (C 6 H 12 O 6) = m (C 6 H 12 O 6) / M (C 6 H 12 O 6) = 45 g / 180 g / mol = 0,25 mol
Tie. kai 0,25 mol gliukozės sąveikauja su deguonimi, išsiskiria 700 kJ šilumos. Iš būklėje pateikto termo cheminė lygtis iš to išplaukia, kad 1 mol gliukozės sąveika su deguonimi sukuria šilumos kiekį, lygų Q (reakcijos šilumai). Tada teisinga ši proporcija:
0,25 mol gliukozės - 700 kJ
1 mol gliukozės - Q
Iš šios proporcijos seka atitinkama lygtis:
0,25 / 1 = 700 / Q
Sprendžiant, mes pastebime, kad:
Taigi, reakcijos šiluminis poveikis yra 2800 kJ.
Skaičiavimai pagal termochemines lygtis
Daug dažniau į vidų USE užduotys iš termochemijos šiluminio efekto vertė jau žinoma, nes sąlyga suteikia pilną termocheminę lygtį.
Tokiu atveju reikia apskaičiuoti išleistos / sugertos šilumos kiekį žinomu reagento ar produkto kiekiu arba, atvirkščiai, žinoma vertėšilumos, reikia nustatyti bet kurio reakcijos dalyvio medžiagos masę, tūrį ar kiekį.
1 pavyzdys
Pagal termocheminės reakcijos lygtį
3Fe3O4 (kieta) + 8Al (kieta) = 9Fe (kieta) + 4Al2O3 (kieta) + 3330 kJ
susidarė 68 g aliuminio oksido. Kiek šilumos išsiskyrė tuo pačiu metu? (Užrašykite skaičių iki sveikų skaičių.)
Sprendimas
Apskaičiuokime aliuminio oksido medžiagos kiekį:
n (Al 2 O 3) = m (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) = 68 g / 102 g / mol = 0,667 mol
Pagal reakcijos termocheminę lygtį, susidarius 4 mol aliuminio oksido, išsiskiria 3330 kJ. Mūsų atveju susidaro 0,6667 mol aliuminio oksido. Pažymėję šiuo atveju išsiskiriančios šilumos kiekį, per x kJ sudarysime proporciją:
4 mol Al 2 O 3 - 3330 kJ
0,667 mol Al 2 O 3 - x kJ
Ši proporcija atitinka lygtį:
4 / 0,6667 = 3330 / x
Sprendžiant kurį, randame, kad x = 555 kJ
Tie. susidarius 68 g aliuminio oksido pagal termocheminę lygtį, esant sąlygai, išsiskiria 555 kJ šilumos.
2 pavyzdys
Dėl reakcijos, kurios termocheminė lygtis
4FeS 2 (kieta) + 11O2 (dujos) = 8SO 2 (dujos) + 2Fe 2 O 3 (kieta) + 3310 kJ
išleido 1655 kJ šilumos. Nustatykite išsiskyrusios sieros dioksido tūrį (l) (n.o.). (Užrašykite skaičių iki sveikų skaičių.)
Sprendimas
Pagal reakcijos termocheminę lygtį, susidarius 8 mol SO 2, išsiskiria 3310 kJ šilumos. Mūsų atveju buvo išleista 1655 kJ šilumos. Tegul susidariusio medžiagos SO 2 kiekis yra lygus x mol. Tada ši proporcija yra teisinga:
8 mol SO 2 - 3310 kJ
x mol SO 2 - 1655 kJ
Iš to išplaukia lygtis:
8 / x = 3310/1655
Sprendžiant, mes pastebime, kad:
Taigi susidariusio medžiagos SO 2 kiekis šiuo atveju yra 4 mol. Todėl jo tūris yra:
V (SO 2) = V m ∙ n (SO 2) = 22,4 l / mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(suapvalinkite iki sveikųjų skaičių, nes tai būtina sąlyga.)
Galima rasti išsamesnių cheminės reakcijos šiluminio poveikio problemų.
Termochemija tiria cheminių reakcijų šiluminį poveikį. Daugeliu atvejų šios reakcijos vyksta esant pastoviam tūriui arba pastoviam slėgiui. Iš pirmojo termodinamikos dėsnio matyti, kad tokiomis sąlygomis šiluma yra būsenos funkcija. Esant pastoviam tūriui, šiluma yra lygi vidinės energijos pokyčiui:
ir esant pastoviam slėgiui - entalpijos pokytis:
Šios lygybės, taikomos cheminėms reakcijoms, sudaro esmę Heso dėsnis:
Cheminės reakcijos, vykstančios esant pastoviam slėgiui ar pastoviam tūriui, šiluminis poveikis nepriklauso nuo reakcijos kelio, bet yra nustatomas tik pagal reagentų ir reakcijos produktų būseną.
Kitaip tariant, cheminės reakcijos šiluminis poveikis yra lygus būsenos funkcijos pasikeitimui.
Termochemijoje, skirtingai nei kitose termodinamikos srityse, šiluma laikoma teigiama, jei ji išsiskiria aplinka, t.y. jei H < 0 или U
< 0. Под тепловым эффектом химической реакции
понимают значение H(kuris tiesiog vadinamas „reakcijos entalpija“) arba U reakcijos.
Jei reakcija vyksta tirpale arba kietoje fazėje, kur tūrio pokytis yra nereikšmingas, tada
H = U + (pV) U. (3.3)
Jei reakcijoje dalyvauja idealios dujos, tai esant pastoviai temperatūrai
H = U + (pV) = U+ n. RT, (3.4)
kur n yra dujų molių skaičiaus pokytis reakcijoje.
Siekiant palengvinti skirtingų reakcijų entalpijų palyginimą, vartojamas terminas „standartinė būsena“. Standartinė būsena yra grynos medžiagos būsena esant 1 baro (= 10 5 Pa) slėgiui ir tam tikrai temperatūrai. Dujoms tai yra hipotetinė būsena esant 1 baro slėgiui, kuri turi be galo retų dujų savybes. Reaguojančių tarp medžiagų standartinėse būsenose esant temperatūrai entalpija T, žymėti ( r reiškia „reakcija“). Termocheminėse lygtyse nurodomos ne tik medžiagų formulės, bet ir jų agregatinės būsenos arba kristalinės modifikacijos.
Iš Hesso dėsnio kyla svarbių pasekmių, leidžiančių apskaičiuoti cheminių reakcijų entalpijas.
Išvada 1.
yra lygus standartinių reakcijos produktų ir reagentų susidarymo entalpijų skirtumui (atsižvelgiant į stechiometrinius koeficientus):
Standartinė medžiagos susidarymo entalpija (šiluma) (f reiškia „susidarymas“) tam tikroje temperatūroje vadinamas vienos molio šios medžiagos susidarymo reakcijos entalpija elementų kurie yra stabiliausioje standartinėje būsenoje. Pagal šį apibrėžimą stabiliausių paprastų medžiagų susidarymo entalpija standartinėje būsenoje yra 0 bet kurioje temperatūroje. Standartinės medžiagų susidarymo entalpijos 298 K temperatūroje pateikiamos žinynuose.
Sąvoka „susidarymo entalpija“ naudojama ne tik įprastoms medžiagoms, bet ir tirpaluose esantiems jonams. Šiuo atveju atskaitos tašku laikomas H + jonas, kurio standartinė susidarymo entalpija vandeniniame tirpale yra lygi nuliui: 
Išvada 2. Standartinė cheminės reakcijos entalpija
yra lygus reagentų ir reakcijos produktų degimo entalpijų skirtumui (atsižvelgiant į stechiometrinius koeficientus):
(c reiškia „degimas“). Standartinė medžiagos degimo entalpija (šiluma) vadinama vieno molio medžiagos visiško oksidacijos reakcijos entalpija. Ši pasekmė dažniausiai naudojama apskaičiuojant organinių reakcijų šiluminį poveikį.
Išvada 3. Cheminės reakcijos entalpija yra lygi nutrūkusių ir susiformavusių cheminių ryšių energijos skirtumui.
Bendravimo energija A-B yra energija, reikalinga ryšiui nutraukti ir gautas daleles atskirti iki begalinio atstumo:
AB (g) A (g) + B (g).
Bondo energija visada yra teigiama.
Dauguma informacinių knygų termocheminių duomenų pateikiami 298 K temperatūroje. Norėdami apskaičiuoti šiluminį poveikį esant kitoms temperatūroms, naudokite Kirchhoffo lygtis:
(diferencinė forma) (3.7)
(neatskiriama forma) (3.8)
kur C p- skirtumas tarp reakcijos produktų ir pradinių medžiagų izobarinių šilumos pajėgumų. Jei skirtumas T 2 - T 1 yra mažas, tada galite priimti C p= konst. At didelis skirtumas būtina naudoti temperatūros priklausomybę C p(T) tipas:
kur koeficientai a, b, c ir kt. atskiroms medžiagoms jos paimtos iš informacinės knygos, o ženklas žymi produktų ir reagentų skirtumą (atsižvelgiant į koeficientus).
PAVYZDŽIAI
3-1 pavyzdys. Standartinės skysto ir dujinio vandens susidarymo entalpijos esant 298 K temperatūrai yra atitinkamai -285,8 ir -241,8 kJ / mol. Apskaičiuokite šios temperatūros vandens garavimo entalpiją.
Sprendimas... Formavimo entalpijos atitinka šias reakcijas:
H2 (g) + ЅO2 (g) = H20 (g), H 1 0 = -285.8;
H2 (g) + ЅO2 (g) = H20 (g), H 2 0 = -241.8.
Antroji reakcija gali būti atliekama dviem etapais: pirma, vandenilis sudeginamas, kad susidarytų skystas vanduo pagal pirmąją reakciją, ir tada vanduo išgarinamas:
H 2 O (g) = H 2 O (g), H 0 isp =?
Tada, pagal Hesso įstatymą,
H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,
kur H 0 isp = -241,8 -(-285,8) = 44,0 kJ / mol.
Atsakymas. 44,0 kJ / mol.
3-2 pavyzdys. Apskaičiuokite reakcijos entalpiją
6C (g) + 6H (g) = C6H6 (g)
a) susidarymo entalpijomis; b) jungčių energija, darant prielaidą, kad dvigubos jungtys C 6 H 6 molekulėje yra fiksuotos.
Sprendimas... a) Formavimo entalpijos (kJ / mol) yra žinynuose (pvz., P.W. Atkinsas, Fizinė chemija, 5-asis leidimas, p. C9-C15): f H. 0 (C 6 H 6 (g)) = 82,93, f H. 0 (C (g)) = 716,68, f H. 0 (H (g)) = 217,97. Reakcijos entalpija yra:
r H. 0 = 82,93 - 6 716,68 - 6 217,97 = -5525 kJ / mol.
b) Šioje reakcijoje cheminiai ryšiai nesulaužykite, o tik formą. Apskaičiuojant fiksuotas dvigubas jungtis, C 6 H 6 molekulėje yra 6 C-H jungtys, 3 C-C jungtys ir 3 C = C jungtys. Bondo energijos (kJ / mol) (P.W. Atkinsas, fizinė chemija, 5 -asis leidimas, p. C7): E(C- H) = 412, E(C-C) = 348, E(C = C) = 612. Reakcijos entalpija yra:
r H. 0 = - (6412 + 3348 + 3 612) = -5352 kJ / mol.
Skirtumas su tikslus rezultatas-5525 kJ / mol yra dėl to, kad benzeno molekulėje nėra C-C pavienių jungčių ir C = C dvigubų jungčių, tačiau yra 6 aromatinės C C jungtys.
Atsakymas. a) -5525 kJ / mol; b) -5352 kJ / mol.
3-3 pavyzdys. Apskaičiuokite reakcijos entalpiją, naudodami etaloninius duomenis
3Cu (-ai) + 8HNO3 (aq) = 3Cu (NO 3) 2 (aq) + 2NO (g) + 4H 2O (g)
Sprendimas... Sutrumpinta jonų reakcijos lygtis yra:
3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).
Pagal Hesso dėsnį reakcijos entalpija yra:
r H. 0 = 4f H. 0 (H 2 O (g)) + 2 f H. 0 (NE (g)) + 3 f H. 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 f H. 0 (NO 3 - (aq))
(vario ir H + jonų susidarymo entalpijos pagal apibrėžimą yra lygios 0). Pakeisdami formavimosi entalpijų vertes (P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, p. C9-C15), randame:
r H. 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 -2 (-205,0) = -358,4 kJ
(remiantis trimis moliais vario).
Atsakymas. -358,4 kJ.
3-4 pavyzdys. Apskaičiuokite metano degimo entalpiją esant 1000 K temperatūrai, atsižvelgiant į susidarymo entalpijas esant 298 K temperatūrai: f H. 0 (CH 4) = -17,9 kcal / mol, f H. 0 (CO 2) = -94,1 kcal / mol, f H. 0 (H 2 O (g)) = -57,8 kcal / mol. Dujų šiluminė galia (cal / (mol. K)) intervale nuo 298 iki 1000 K yra lygi:
Cp (CH4) = 3,422 + 0,0178. T, C p(O 2) = 6,095 + 0,0033. T,
C p (CO 2) = 6,396 + 0,0102. T, C p(H 2 O (g)) = 7,188 + 0,0024. T.
Sprendimas... Metano degimo reakcijos entalpija
CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
esant 298 K yra lygus:
94,1 + 2 (-57,8) -(-17,9) = -191,8 kcal / mol.
Raskime šilumos talpos skirtumą kaip temperatūros funkciją:
C p = C p(CO 2) + 2 C p(H 2 O (g)) - C p(CH 4) - 2 C p(O 2) =
= 5.16 - 0.0094T(cal / (mol. K)).
Reakcijos entalpija esant 1000 K apskaičiuojama pagal Kirchhoffo lygtį:
= + 
= -191800 + 5.16
(1000-298) -0,0094 (1000 2 -298 2) / 2 = -192500 kal / mol.
Atsakymas. -192,5 kcal / mol.
UŽDUOTYS
3-1. Kiek šilumos reikia norint perduoti 500 g Al (mp 658 о С, H 0 pl = 92,4 cal / g), paimta kambario temperatūra, į išlydytą būseną, jei C p(Al tv) = 0,183 + 1,096 10-4 T cal / (g K)?
3-2. Standartinė reakcijos entalpija CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g), vykstanti atvirame inde, esant 1000 K temperatūrai, yra 169 kJ / mol. Kokia šios reakcijos šiluma vyksta toje pačioje temperatūroje, bet uždarame inde?
3-3. Apskaičiuokite standartinę vidinę skysto benzeno susidarymo energiją esant 298 K temperatūrai standartinė entalpija jo susidarymas yra 49,0 kJ / mol.
3-4. Apskaičiuokite N 2 O 5 (g) susidarymo entalpiją ties T= 298 K, remiantis šiais duomenimis:
2NO (g) + O2 (g) = 2NO2 (g), H 1 0 = -114,2 kJ / mol,
4NO 2 (g) + O 2 (g) = 2N 2 O 5 (g), H 2 0 = -110,2 kJ / mol,
N2 (g) + O2 (g) = 2NO (g), H 3 0 = 182,6 kJ / mol.
3-5. -gliukozės, fruktozės ir sacharozės degimo entalpijos esant 25 ° C temperatūrai yra lygios -2802,
Atitinkamai -2810 ir -5644 kJ / mol. Apskaičiuokite sacharozės hidrolizės šilumą.
3-6. Nustatykite diborano B 2 H 6 (g) susidarymo entalpiją ties T= 298 K iš šių duomenų:
B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) = B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g), H 1 0 = -2035,6 kJ / mol,
2B (televizija) + 3/2 O 2 (g) = B 2 O 3 (televizija), H 2 0 = -1273,5 kJ / mol,
H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g), H 3 0 = -241,8 kJ / mol.
3-7. Apskaičiuokite cinko sulfato susidarymo šilumą iš paprastų medžiagų T= 298 K, remiantis šiais duomenimis.
Pratimas 81.
Apskaičiuokite šilumos kiekį, kuris išsiskiria Fe redukcijos metu 2 O 3 metalinio aliuminio, jei būtų gauta 335,1 g geležies. Atsakymas: 2543,1 kJ.
Sprendimas:
Reakcijos lygtis:
= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 - ( - 822,1) = -847,7 kJ
Šilumos kiekis, kuris išsiskiria gavus 335,1 g geležies, apskaičiuojamas pagal proporciją:
(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : NS; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,
kur 55,85 yra geležies atominė masė.
Atsakymas: 2543,1 kJ.
Šilumos reakcijos poveikis
82 užduotis.
Dujinis etanolis C2H5OH galima gauti sąveikaujant etilenui C 2 H 4 (g) ir vandens garams. Parašykite šios reakcijos termocheminę lygtį, apskaičiavę jos šiluminį efektą. Atsakymas: -45,76 kJ.
Sprendimas:
Reakcijos lygtis yra tokia:
C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C 2 H 5 OH (g); =?
Standartinių medžiagų susidarymo šilumų vertės pateikiamos specialiose lentelėse. Atsižvelgiant į tai, kad paprastų medžiagų susidarymo šiluma paprastai laikoma nuline. Mes apskaičiuojame reakcijos šiluminį efektą, naudojant Hesso dėsnio išvadą, gauname:
= (C 2 H 5 OH) - [(C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 - [(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ
Reakcijos lygtys, kuriose apie simbolius cheminiai junginiai nurodomos jų agregacijos ar kristalinės modifikacijos būsenos, taip pat skaitinė vertė terminis poveikis vadinamas termocheminiu. Termocheminėse lygtyse, jei nenurodyta kitaip, šilumos poveikio reikšmės esant pastoviam slėgiui Q p nurodomos lygios sistemos entalpijos pokyčiui. Vertė paprastai pateikiama dešinėje lygties pusėje, atskiriama kableliu arba kabliataškiu. Bendrosios cheminės medžiagos būsenos santrumpos buvo patvirtintos: G- dujinis, f- skystas, Į
Jei dėl reakcijos išsiskiria šiluma, tada< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.
Atsakymas:- 45,76 kJ.
83 užduotis.
Apskaičiuokite geležies (II) oksido redukcijos vandeniliu šiluminį efektą pagal šias termochemines lygtis:
a) EeO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1 / 2O2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
c) H2 (g) + 1 / 2O2 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ.
Atsakymas: +27,99 kJ.
Sprendimas:
Geležies (II) oksido redukcijos vandeniliu reakcijos lygtis yra tokia:
EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H20 (g); =?
= (H2O) - [(FeO)
Vandens susidarymo šiluma nustatoma pagal lygtį
H2 (g) + 1 / 2O2 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ,
o geležies (II) oksido susidarymo šilumą galima apskaičiuoti iš (b) lygties atimant (a) lygtį.
= (c) - (b) - (a) = -241,83 - [-283, o - (-13,18)] = +27,99 kJ.
Atsakymas:+27,99 kJ.
84 užduotis.
Kai dujinis vandenilio sulfidas ir anglies dioksidas sąveikauja, susidaro vandens garai ir anglies disulfidas CS 2 (g). Parašykite šios reakcijos termocheminę lygtį, pirmiausia apskaičiuokite jos šiluminį efektą. Atsakymas: +65,43 kJ.
Sprendimas:
G- dujinis, f- skystas, Į- kristalinis. Šie simboliai praleidžiami, jei medžiagų agregacijos būsena yra akivaizdi, pavyzdžiui, O 2, H 2 ir kt.
Reakcijos lygtis yra tokia:
2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS2 (g); =?
Standartinių medžiagų susidarymo šilumų vertės pateikiamos specialiose lentelėse. Atsižvelgiant į tai, kad paprastų medžiagų susidarymo šiluma paprastai laikoma nuline. Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant Heso dėsnio išraišką:
= (H 2 O) + (CS 2) - [(H 2 S) + (CO 2)];
= 2 (-241,83) + 115,28 - = +65,43 kJ.
2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS2 (g); = +65,43 kJ.
Atsakymas:+65,43 kJ.
Termocheminė reakcijos lygtis
85 užduotis.
Parašykite CO (g) ir vandenilio reakcijos termocheminę lygtį, dėl kurios susidaro CH 4 (g) ir H 2 O (g). Kiek šilumos išsiskiria šios reakcijos metu, jei normaliomis sąlygomis gaunamas 67,2 litro metano? Atsakymas: 618,48 kJ.
Sprendimas:
Reakcijų lygtys, kuriose jų agregatinės būsenos arba kristalinė modifikacija yra nurodytos šalia cheminių junginių simbolių, taip pat skaitinė šiluminio poveikio vertė, vadinamos termocheminėmis. Termocheminėse lygtyse, jei nenurodyta kitaip, šilumos poveikio reikšmės esant pastoviam slėgiui Q p nurodomos lygios sistemos entalpijos pokyčiui. Vertė paprastai pateikiama dešinėje lygties pusėje, atskiriama kableliu arba kabliataškiu. Bendrosios cheminės medžiagos būsenos santrumpos buvo patvirtintos: G- dujinis, f- kažkas, Į- kristalinis. Šie simboliai praleidžiami, jei medžiagų agregacijos būsena yra akivaizdi, pavyzdžiui, O 2, H 2 ir kt.
Reakcijos lygtis yra tokia:
CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H20 (g); =?
Standartinių medžiagų susidarymo šilumų vertės pateikiamos specialiose lentelėse. Atsižvelgiant į tai, kad paprastų medžiagų susidarymo šiluma paprastai laikoma nuline. Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant Heso dėsnio išraišką:
= (H20) + (CH4) - (CO)];
= (-241,83) + (-74,84)-(-110,52) = -206,16 kJ.
Termocheminė lygtis bus tokia:
22,4 : -206,16 = 67,2 : NS; x = 67,2 (-206,16) / 22 × 4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.
Atsakymas: 618,48 kJ.
Švietimo karštis
86 užduotis.
Kurios reakcijos šilumos efektas yra lygus susidarymo šilumai. Apskaičiuokite NO susidarymo šilumą naudodami šias termochemines lygtis:
a) 4NH3 (g) + 5O2 (g) = 4NO (g) + 6H20 (g); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3 (d) + 3O2 (d) = 2N2 (d) + 6H20 (g); = -1530,28 kJ
Atsakymas: 90,37 kJ.
Sprendimas:
Standartinė susidarymo šiluma yra lygi reakcijos šilumai, kai standartinėmis sąlygomis susidaro 1 mol šios medžiagos iš paprastų medžiagų (T = 298 K; p = 1,0325,10 Pa). NO susidarymą iš paprastų medžiagų galima pavaizduoti taip:
1 / 2N 2 + 1 / 2O 2 = NE
Duota reakcija (a), kurioje susidaro 4 mol NO, ir duota reakcija (b), kurioje susidaro 2 mol N2. Abiejose reakcijose dalyvauja deguonis. Todėl, norėdami nustatyti standartinę NO susidarymo šilumą, sudarome šį Heso ciklą, ty turime iš b lygties ištraukti (a) lygtį:
Taigi, 1 / 2N 2 + 1 / 2O 2 = NE; = +90,37 kJ.
Atsakymas: 618,48 kJ.
87 užduotis.
Kristalinis amonio chloridas susidaro sąveikaujant dujiniam amoniakui ir vandenilio chloridui. Parašykite šios reakcijos termocheminę lygtį, apskaičiavę jos šiluminį efektą. Kiek šilumos išsiskiria, jei normaliomis sąlygomis reakcija sunaudoja 10 litrų amoniako? Atsakymas: 78,97 kJ.
Sprendimas:
Reakcijų lygtys, kuriose jų agregatinės būsenos arba kristalinė modifikacija yra nurodytos šalia cheminių junginių simbolių, taip pat skaitinė šiluminio poveikio vertė, vadinamos termocheminėmis. Termocheminėse lygtyse, jei nenurodyta kitaip, šilumos poveikio reikšmės esant pastoviam slėgiui Q p nurodomos lygios sistemos entalpijos pokyčiui. Vertė paprastai pateikiama dešinėje lygties pusėje, atskiriama kableliu arba kabliataškiu. Priimami šie, Į- kristalinis. Šie simboliai praleidžiami, jei medžiagų agregacijos būsena yra akivaizdi, pavyzdžiui, O 2, H 2 ir kt.
Reakcijos lygtis yra tokia:
NH 3 (g) + НCl (g) = NH 4 Cl (q). ; =?
Standartinių medžiagų susidarymo šilumų vertės pateikiamos specialiose lentelėse. Atsižvelgiant į tai, kad paprastų medžiagų susidarymo šiluma paprastai laikoma nuline. Reakcijos šilumą galima apskaičiuoti naudojant Heso dėsnio išraišką:
= (NH4Cl) - [(NH3) + (HCl)];
= -315,39 -[-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.
Termocheminė lygtis bus tokia:
Šiluma, išsiskirianti 10 litrų amoniako reakcijos metu, nustatoma pagal proporciją:
22,4 : -176,85 = 10 : NS; x = 10 (-176,85) / 22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.
Atsakymas: 78,97 kJ.
toliau - indeksai i nurodomos pradinės medžiagos ar reagentai ir indeksai j- galutinėms medžiagoms ar reakcijos produktams; ir - atitinkamai pradinių medžiagų ir reakcijos produktų stochiometriniai koeficientai reakcijos lygtyje.
Pavyzdys: Apskaičiuokime metanolio sintezės reakcijos šilumos efektą standartinėmis sąlygomis.
Sprendimas: Skaičiavimams naudosime atskaitos duomenis apie standartines reakcijoje dalyvaujančių medžiagų susidarymo kaitras (žr. 44 lentelę informacinės knygos 72 puslapyje).
Metanolio sintezės reakcijos šiluminis poveikis standartinėmis sąlygomis pagal pirmąją Heso dėsnio pasekmę (1.15 lygtis) yra lygus:
Apskaičiuojant cheminių reakcijų šiluminį poveikį, būtina atsižvelgti į tai, kad šiluminis poveikis priklauso nuo reagentų agregacijos būklės ir nuo cheminės reakcijos lygties įrašymo tipo:
Pagal antrąjį Hesso dėsnio padarinį, šiluminį efektą galima apskaičiuoti naudojant degimo šilumą Δ c H, kaip skirtumas tarp pradinių medžiagų ir reakcijos produktų degimo šilumos sumų (atsižvelgiant į stechiometrinius koeficientus):
kur Δ r C p- apibūdina sistemos izobarinės šilumos talpos pokytį dėl cheminės reakcijos ir vadinamas reakcijos šiluminio poveikio temperatūros koeficientu.
Iš Kirchhoffo diferencialinės lygties matyti, kad šiluminio poveikio priklausomybę nuo temperatūros lemia Δ ženklas r C p, t.y. priklauso nuo to, kuri yra didesnė, bendra pradinių medžiagų šiluminė talpa ar bendra reakcijos produktų šilumos talpa. Paanalizuokime diferencialinė lygtis Kirchhofas.
1. Jei temperatūros koeficientas Δ r C p> 0, tada išvestinė 
> 0 ir funkcija 
didėja. Vadinasi, šiluminis reakcijos poveikis didėja didėjant temperatūrai.
2. Jei temperatūros koeficientas Δ r C p< 0, то производная 
< 0 и функция 
mažėja. Taigi, kylant temperatūrai, reakcijos šiluminis poveikis mažėja.
3. Jei temperatūros koeficientas Δ r C p= 0, tada išvestinė 
= 0 ir 
... Vadinasi, reakcijos šiluma nepriklauso nuo temperatūros. Šis atvejis praktikoje nepasitaiko.
Diferencialinės lygtys yra patogios analizei, bet nepatogios skaičiavimams. Norėdami gauti cheminės reakcijos šiluminio poveikio apskaičiavimo lygtį, mes integruojame Kirchhoffo diferencialinę lygtį, padalindami kintamuosius:
Medžiagų šilumos talpa priklauso nuo temperatūros, todėl 
... Tačiau chemijos inžinerijos procesuose dažniausiai naudojamų temperatūrų diapazone ši priklausomybė nėra reikšminga. Praktiniais tikslais jie naudoja vidutines medžiagų šilumos talpas, esančias nuo 298 K iki tam tikros temperatūros 
, kurie pateikti žinynuose. Šiluminio efekto temperatūros koeficientas, apskaičiuotas naudojant vidutines šilumos talpas:
Pavyzdys: Apskaičiuokime metanolio sintezės reakcijos šilumos efektą esant 1000 K temperatūrai ir standartiniam slėgiui.
Sprendimas: Skaičiavimams naudosime orientacinius duomenis apie reakcijoje dalyvaujančių medžiagų vidutines šilumos talpas temperatūrų intervale nuo 298 K iki 1000 K (žr. 40 lentelę informacinės knygos 56 puslapyje):
Vidutinės sistemos šilumos talpos pokytis dėl cheminės reakcijos:
Antrasis termodinamikos dėsnis
Vienas iš kritines užduotis cheminė termodinamika yra pagrindinės spontaniškos cheminės reakcijos galimos (arba neįmanomos) galimybės išaiškinimas nagrinėjama kryptimi. Tais atvejais, kai paaiškėja, kad duota cheminė sąveika gali atsirasti, būtina nustatyti pradinių medžiagų konversijos laipsnį ir reakcijos produktų išeigą, tai yra, reakcijos užbaigtumą
Spontaniško proceso kryptį galima nustatyti remiantis antruoju dėsniu arba termodinamikos pradžia, suformuluota, pavyzdžiui, Clausius postulato pavidalu:
Šiluma pati savaime negali pereiti iš šalto kūno į karštą, tai yra, toks procesas yra neįmanomas, kurio vienintelis rezultatas būtų šilumos perdavimas iš žemesnės temperatūros kūno į aukštesnės temperatūros kūną.
Buvo pasiūlyta daug antrojo termodinamikos dėsnio formuluočių. Thomson - Planck formuluotė:
Neįmanomas yra amžinas antrosios rūšies judesio aparatas, tai yra, tokia periodiškai veikianti mašina yra neįmanoma, o tai leistų dirbti tik atvėsinus šilumos šaltinį.
Antrojo termodinamikos dėsnio matematinė formuluotė atsirado analizuojant šiluminių variklių veikimą N. Carnot ir R. Clausius darbuose.
Clausius pristatė valstybės funkciją S, vadinama entropija, kurios pokytis lygus šilumai grįžtamasis procesas susiję su temperatūra
Bet kokiam procesui
 | (1.22) |
Gauta išraiška yra antrojo termodinamikos dėsnio matematinė išraiška.
