Căldura de reacție (efectul termic al unei reacții) este cantitatea de căldură eliberată sau absorbită Q. Dacă căldura este eliberată în timpul unei reacții, reacția se numește exotermă; dacă căldură este absorbită, reacția se numește endotermă.
Căldura de reacție este determinată pe baza primei legi (lege) a termodinamicii, expresie matematică a căruia în forma sa cea mai simplă pentru reacții chimice este ecuația:
Q = ΔU + рΔV (2.1)
unde Q este căldura de reacție, ΔU este modificarea energie interna, p - presiune, ΔV - modificarea volumului.
Calculul termochimic consta in determinarea efect termic reactii.În conformitate cu ecuația (2.1), valoarea numerică a căldurii de reacție depinde de metoda de implementare a acesteia. Într-un proces izocor desfășurat la V=const, căldura de reacție Q V =Δ U, într-un proces izobaric la p=efect termic constant Q P =Δ H. Astfel, calculul termochimic este V determinarea mărimii modificării fie a energiei interne, fie a entalpiei în timpul unei reacții. Deoarece marea majoritate a reacțiilor au loc în condiții izobare (de exemplu, toate acestea sunt reacții în vase deschise care au loc la presiune atmosferică), la efectuarea calculelor termochimice, calculul ΔH este aproape întotdeauna efectuat . DacăΔ N<0, то реакция экзотермическая, если же Δ H>0, atunci reacția este endotermă.
Calculele termochimice se fac folosind fie legea lui Hess, conform căreia efectul termic al unui proces nu depinde de calea sa, ci este determinat doar de natura și starea substanțelor și produselor inițiale ale procesului, fie, cel mai adesea, de o corolar din legea lui Hess: efectul termic al unei reacții este egal cu suma căldurilor (entalpiilor) de formare a produselor minus suma căldurilor (entalpiilor) de formare a reactanților.
În calculele conform legii lui Hess se folosesc ecuații ale reacțiilor auxiliare ale căror efecte termice sunt cunoscute. Esența operațiilor în calcule conform legii lui Hess este că se efectuează operații algebrice asupra ecuațiilor reacțiilor auxiliare care conduc la o ecuație de reacție cu efect termic necunoscut.
Exemplu 2.1. Determinarea căldurii de reacție: 2СО + O 2 = 2СО 2 ΔН - ?
Folosim ca auxiliare urmatoarele reactii: 1) C + O 2 = C0 2;Δ H1 = -393,51 kJ şi 2) 2C + O2 = 2CO;Δ H2 = -220,1 kJ, undeΔ N / AΔ H 2 - efectele termice ale reacţiilor auxiliare. Folosind ecuațiile acestor reacții, se poate obține ecuația unei reacții date dacă ecuația auxiliară 1) se înmulțește cu două și se scade ecuația 2) din rezultatul obținut. Prin urmare, căldura necunoscută a unei reacții date este egală cu:
Δ H = 2Δ H 1 -Δ H2 = 2(-393,51) - (-220,1) = -566,92 kJ.
Dacă se folosește un corolar din legea lui Hess într-un calcul termochimic, atunci pentru reacția exprimată prin ecuația aA+bB=cC+dD se folosește următoarea relație:
ΔH = (cΔNobr,s + dΔHobr D) - (aΔNobr A + bΔH rev,c) (2.2)
unde ΔН este căldura de reacție; ΔН o br - căldura (entalpia) de formare, respectiv, a produselor de reacție C și D și a reactivilor A și B; c, d, a, b - coeficienți stoichiometrici.
Căldura (entalpia) de formare a unui compus este efectul termic al reacției în timpul căreia 1 mol din acest compus este format din substanțe simple, situat în faze termodinamic stabile și modificări 1 *. De exemplu , căldura de formare a apei în stare de vapori este egală cu jumătate din căldura de reacție, exprimată prin ecuația: 2H 2 (g)+ O 2 (g)= 2H20(g).Dimensiunea căldurii de formare este kJ/mol.
ÎN calcule termochimice căldurile reacțiilor, de regulă, sunt determinate pentru condiții standard, pentru care formula (2.2) ia forma:
ΔН°298 = (сΔН° 298, arr. C + dΔH° 298, o 6 p , D) - (аΔН° 298, arr. A + bΔН° 298, arr. c)(2.3)
unde ΔН° 298 este căldura standard de reacție în kJ (valoarea standard este indicată prin superscriptul „0”) la o temperatură de 298K și ΔН° 298,obR sunt căldurile standard (entalpiile) de formare și la o temperatură de 298K. Valorile ΔН° 298 .obR.sunt definite pentru toate conexiunile și sunt date tabelare. 2 * - vezi tabelul anexe.
Exemplul 2.2. Calculul căldurii standard p e cote exprimate prin ecuația:
4NH3 (r) + 5O2 (g) = 4NO (g) + 6H20 (g).
Conform corolarului legii lui Hess, scriem 3*:
Δ N 0 298 = (4Δ N 0 298. o b p . Nu+6ΔH 0 298. dr.H20) - 4ΔH 0 298 arr. NH z. Înlocuind valorile tabulate ale căldurilor standard de formare ale compușilor prezentați în ecuație, obținem:Δ N °298= (4(90,37) + 6(-241,84)) - 4(-46,19) = - 904,8 kJ.
Semn negativ căldura de reacție indică natura exotermă a procesului.
În termochimie, efectele termice sunt de obicei indicate în ecuațiile de reacție. Astfel de ecuațiile cu un efect termic desemnat se numesc termochimice. De exemplu, ecuația termochimică a reacției luate în considerare în exemplul 2.2 se scrie:
4NH3 (g) + 502 (g) = 4NO (g) + 6H20 (g);Δ Н° 29 8 = - 904,8 kJ.
Dacă condițiile diferă de cele standard, în calculele termochimice practice permite Xia folosind zoom:Δ N ≈Δ Н° 298 (2,4) Expresia (2.4) reflectă dependența slabă a căldurii de reacție de condițiile de apariție a acesteia.
Orice reacție chimică este însoțită de eliberarea sau absorbția de energie sub formă de căldură.
Pe baza eliberării sau absorbției de căldură, se disting exotermicȘi endotermic reactii.
exotermic reacțiile sunt reacții în timpul cărora se eliberează căldură (+Q).
Reacțiile endoterme sunt reacții în care căldura este absorbită (-Q).
Efectul termic al reacției (Q) este cantitatea de căldură care este eliberată sau absorbită în timpul interacțiunii unei anumite cantități de reactivi inițiali.
O ecuație termochimică este o ecuație care specifică efectul termic al unei reacții chimice. Deci, de exemplu, ecuațiile termochimice sunt:
De asemenea, trebuie remarcat faptul că ecuațiile termochimice din obligatoriu ar trebui să includă informații despre stările agregate ale reactivilor și produselor, deoarece valoarea efectului termic depinde de aceasta.
Calcule ale efectului termic al reacției
Un exemplu de problemă tipică pentru a găsi efectul termic al unei reacții:
Când 45 g de glucoză reacţionează cu excesul de oxigen conform ecuaţiei
C 6 H 12 O 6 (solid) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
S-au eliberat 700 kJ de căldură. Determinați efectul termic al reacției. (Scrieți numărul la cel mai apropiat număr întreg.)
Soluţie:
Să calculăm cantitatea de glucoză:
n(C6H12O6) = m(C6H12O6) / M(C6H12O6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol
Acestea. Când 0,25 mol de glucoză interacționează cu oxigenul, se eliberează 700 kJ de căldură. Din temperatura prezentată în stare ecuație chimică rezultă că interacţiunea a 1 mol de glucoză cu oxigenul produce o cantitate de căldură egală cu Q (efectul termic al reacţiei). Atunci următoarea proporție este corectă:
0,25 mol glucoză - 700 kJ
1 mol de glucoză - Q
Din această proporție rezultă ecuația corespunzătoare:
0,25 / 1 = 700 / Q
Rezolvând care, aflăm că:
Astfel, efectul termic al reacției este de 2800 kJ.
Calcule folosind ecuații termochimice
Mult mai des în Teme de examen de stat unificatîn termochimie, valoarea efectului termic este deja cunoscută, deoarece condiția dă ecuația termochimică completă.
În acest caz, este necesar să se calculeze fie cantitatea de căldură eliberată/absorbită cu o cantitate cunoscută de reactiv sau produs, fie, dimpotrivă, prin valoare cunoscută căldură, este necesar să se determine masa, volumul sau cantitatea unei substanțe a oricărui participant la reacție.
Exemplul 1
Conform ecuaţiei reacţiei termochimice
3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ
S-au format 68 g de oxid de aluminiu. Câtă căldură s-a eliberat? (Scrieți numărul la cel mai apropiat număr întreg.)
Soluţie
Să calculăm cantitatea de substanță oxid de aluminiu:
n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol
În conformitate cu ecuația termochimică a reacției, când se formează 4 moli de oxid de aluminiu, se eliberează 3330 kJ. În cazul nostru, se formează 0,6667 mol de oxid de aluminiu. După ce am notat cantitatea de căldură eliberată în acest caz cu x kJ, creăm proporția:
4 mol Al203 - 3330 kJ
0,667 mol Al203-x kJ
Această proporție corespunde ecuației:
4 / 0,6667 = 3330 / x
Rezolvând care, aflăm că x = 555 kJ
Acestea. când se formează 68 g de oxid de aluminiu în conformitate cu ecuația termochimică din condiție, se eliberează 555 kJ de căldură.
Exemplul 2
Ca rezultat al unei reacții a cărei ecuație termochimică
4FeS 2 (tv.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (tv.) + 3310 kJ
S-a eliberat 1655 kJ de căldură. Determinați volumul (l) de dioxid de sulf eliberat (nr.). (Scrieți numărul la cel mai apropiat număr întreg.)
Soluţie
În conformitate cu ecuația termochimică a reacției, atunci când se formează 8 moli de SO2, se eliberează 3310 kJ de căldură. În cazul nostru, s-au eliberat 1655 kJ de căldură. Fie cantitatea de SO2 formată în acest caz x mol. Atunci următoarea proporție este corectă:
8 mol S02 - 3310 kJ
x mol S02 - 1655 kJ
Din care rezultă ecuația:
8 / x = 3310 / 1655
Rezolvând care, aflăm că:
Astfel, cantitatea de substanță SO2 formată în acest caz este de 4 moli. Prin urmare, volumul său este egal cu:
V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(rotunjit la numere întregi, deoarece acest lucru este necesar în condiție.)
Pot fi găsite probleme mai analizate cu privire la efectul termic al unei reacții chimice.
Termochimia studiază efectele termice ale reacțiilor chimice. În multe cazuri, aceste reacții apar la volum constant sau presiune constantă. Din prima lege a termodinamicii rezultă că în aceste condiții căldura este o funcție de stare. La volum constant, căldura este egală cu modificarea energiei interne:
și la presiune constantă - modificarea entalpiei:
Aceste egalități, atunci când sunt aplicate reacțiilor chimice, constituie esența legea lui Hess:
Efectul termic al unei reacții chimice care are loc la presiune constantă sau volum constant nu depinde de calea reacției, ci este determinat doar de starea reactanților și a produselor de reacție.
Cu alte cuvinte, efectul termic al unei reacții chimice este egal cu modificarea funcției de stare.
În termochimie, spre deosebire de alte aplicații ale termodinamicii, căldura este considerată pozitivă dacă este eliberată în interior mediu inconjurator, adică Dacă H < 0 или U
< 0. Под тепловым эффектом химической реакции
понимают значение H(care se numește pur și simplu „entalpia reacției”) sau U reactii.
Dacă reacția are loc în soluție sau în fază solidă, unde modificarea volumului este neglijabilă, atunci
H = U + (pV) U. (3.3)
Dacă gazele ideale participă la reacție, atunci la temperatură constantă
H = U + (pV) = U+n. RT, (3.4)
unde n este modificarea numărului de moli de gaze din reacție.
Pentru a facilita compararea entalpiilor diferitelor reacții, este utilizat conceptul de „stare standard”. Starea standard este starea unei substanțe pure la o presiune de 1 bar (= 10 5 Pa) și o temperatură dată.. Pentru gaze, aceasta este o stare ipotetică la o presiune de 1 bar, având proprietățile unui gaz infinit rarefiat. Entalpia de reacție între substanțe în stări standard la temperatură T, denota ( rînseamnă „reacție”). Ecuațiile termochimice indică nu numai formulele substanțelor, ci și stările lor agregate sau modificările cristaline.
Din legea lui Hess rezultă consecințe importante, care fac posibilă calcularea entalpiilor reacțiilor chimice.
Corolarul 1.
egală cu diferența dintre entalpiile standard de formare a produselor de reacție și reactivi (ținând cont de coeficienții stoichiometrici):
Entalpia standard (căldura) de formare a unei substanțe (fînseamnă „formare”) la o temperatură dată este entalpia reacției de formare a unui mol din această substanță din elemente, care sunt în starea standard cea mai stabilă. Conform acestei definiții, entalpia de formare a celor mai stabile substanțe simple în stare standard este 0 la orice temperatură. Entalpiile standard de formare a substanțelor la o temperatură de 298 K sunt date în cărțile de referință.
Conceptul de „entalpie de formare” este folosit nu numai pentru substanțele obișnuite, ci și pentru ionii în soluție. În acest caz, ionul H + este luat ca punct de referință, pentru care se presupune că entalpia standard de formare într-o soluție apoasă este zero: 
Corolarul 2. Entalpia standard a unei reacții chimice
egală cu diferența dintre entalpiile de ardere ale reactanților și ale produșilor de reacție (ținând cont de coeficienții stoichiometrici):
(cînseamnă „combustie”). Entalpia (căldura) standard de ardere a unei substanțe este entalpia reacției de oxidare completă a unui mol de substanță. Această consecință este de obicei folosită pentru a calcula efectele termice ale reacțiilor organice.
Corolarul 3. Entalpia unei reacții chimice este egală cu diferența dintre energiile legăturilor chimice care se rup și ale celor formate.
Energia comunicarii A-B denumește energia necesară pentru a rupe o legătură și a separa particulele rezultate pe o distanță infinită:
AB (g) A (g) + B (g) .
Energia de comunicare este întotdeauna pozitivă.
Majoritatea datelor termochimice din cărțile de referință sunt date la o temperatură de 298 K. Pentru a calcula efectele termice la alte temperaturi, utilizați Ecuația lui Kirchhoff:
(forma diferențială) (3.7)
(forma integrală) (3.8)
Unde C p- diferenţa dintre capacităţile termice izobare ale produşilor de reacţie şi substanţele iniţiale. Dacă diferența T 2 - T 1 este mic, atunci poți accepta C p= const. La mare diferență temperaturi, este necesar să folosiți dependența de temperatură C p(T) tip:
unde sunt coeficienții A, b, c etc. pentru substanțele individuale sunt preluate din cartea de referință, iar semnul indică diferența dintre produse și reactivi (ținând cont de coeficienți).
EXEMPLE
Exemplul 3-1. Entalpiile standard de formare a apei lichide și gazoase la 298 K sunt -285,8 și respectiv -241,8 kJ/mol. Calculați entalpia de vaporizare a apei la această temperatură.
Soluţie. Entalpiile de formare corespund următoarelor reacții:
H2 (g) + SO2 (g) = H20 (l), H 1 0 = -285.8;
H2 (g) + SO2 (g) = H20 (g), H 2 0 = -241.8.
A doua reacție poate fi efectuată în două etape: mai întâi, ardeți hidrogenul pentru a forma apă lichidă conform primei reacții și apoi evaporați apa:
H2O (l) = H2O (g), H 0 isp = ?
Apoi, conform legii lui Hess,
H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,
Unde H 0 isp = -241,8 - (-285,8) = 44,0 kJ/mol.
Răspuns. 44,0 kJ/mol.
Exemplul 3-2. Calculați entalpia de reacție
6C (g) + 6H (g) = C6H6 (g)
a) prin entalpii de formare; b) prin energii de legare, în ipoteza că legăturile duble din molecula C 6 H 6 sunt fixe.
Soluţie. a) Entalpiile de formare (în kJ/mol) se găsesc în cartea de referință (de exemplu, P.W. Atkins, Physical Chemistry, ediția a 5-a, pp. C9-C15): fH 0 (C6H6 (g)) = 82,93, fH 0 (C (g)) = 716,68, fH 0 (H (g)) = 217,97. Entalpia reacției este:
r H 0 = 82,93 - 6.716,68 - 6.217,97 = -5525 kJ/mol.
b) În această reacție legături chimice nu rupe, ci doar formează. În aproximarea dublelor legături fixe, molecula C 6 H 6 conține 6 legături C-H, 3 legături C-C și 3 legături C=C. Energiile de legătură (în kJ/mol) (P.W.Atkins, Physical Chemistry, ediția a 5-a, p. C7): E(C-H) = 412, E(C-C) = 348, E(C=C) = 612. Entalpia reacției este:
r H 0 = -(6.412 + 3.348 + 3.612) = -5352 kJ/mol.
Diferența cu rezultat exact-5525 kJ/mol se datorează faptului că în molecula de benzen nu există legături simple C-C și legături duble C=C, dar există 6 legături aromatice C C.
Răspuns. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.
Exemplul 3-3. Folosind datele de referință, calculați entalpia reacției
3Cu (tv) + 8HNO 3(aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)
Soluţie. Ecuația ionică abreviată pentru reacție este:
3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO3 - (aq) = 3Cu2+ (aq) + 2NO (g) + 4H20 (l).
Conform legii lui Hess, entalpia reacției este egală cu:
r H 0 = 4fH 0 (H20 (l)) + 2 fH 0 (NO (g)) + 3 fH 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 fH 0 (NO 3 - (aq))
(entalpiile de formare a cuprului și a ionului H + sunt egale, prin definiție, 0). Înlocuind valorile entalpiilor de formare (P.W.Atkins, Physical Chemistry, ediția a 5-a, pp. C9-C15), găsim:
r H 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ
(pe baza a trei moli de cupru).
Răspuns. -358,4 kJ.
Exemplul 3-4. Calculați entalpia de ardere a metanului la 1000 K, dacă este dată entalpia de formare la 298 K: fH 0 (CH4) = -17,9 kcal/mol, fH 0 (CO2) = -94,1 kcal/mol, fH 0 (H20 (g)) = -57,8 kcal/mol. Capacitățile termice ale gazelor (în cal/(mol. K)) în intervalul de la 298 la 1000 K sunt egale cu:
Cp (CH4) = 3,422 + 0,0178. T, C p(O2) = 6,095 + 0,0033. T,
Cp (C02) = 6,396 + 0,0102. T, C p(H20 (g)) = 7,188 + 0,0024. T.
Soluţie. Entalpia reacției de ardere a metanului
CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (g)
la 298 K este egal cu:
94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kcal/mol.
Să găsim diferența de capacități termice în funcție de temperatură:
C p = C p(CO2) + 2 C p(H2O (g)) - C p(CH4) - 2 C p(O2) =
= 5.16 - 0.0094T(cal/(mol K)).
Entalpia reacției la 1000 K este calculată folosind ecuația lui Kirchhoff:
= + 
= -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2)/2 = -192500 cal/mol.
Răspuns. -192,5 kcal/mol.
SARCINI
3-1. Câtă căldură este necesară pentru a transfera 500 g de Al (p.t. 658 o C, H 0 pl = 92,4 cal/g), luate la temperatura camerei, în stare topită, dacă C p(Al TV) = 0,183 + 1,096 10 -4 T cal/(g K)?
3-2. Entalpia standard a reacției CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g) care apare într-un vas deschis la o temperatură de 1000 K este de 169 kJ/mol. Care este căldura acestei reacții, care are loc la aceeași temperatură, dar într-un vas închis?
3-3. Calculați energia internă standard de formare a benzenului lichid la 298 K dacă entalpie standard formarea sa este de 49,0 kJ/mol.
3-4. Calculați entalpia de formare a N 2 O 5 (g) la T= 298 K pe baza următoarelor date:
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. Entalpiile de ardere a -glucozei, -fructozei și zaharozei la 25 o C sunt egale cu -2802,
-2810 și respectiv -5644 kJ/mol. Calculați căldura de hidroliză a zaharozei.
3-6. Determinați entalpia de formare a diboranului B 2 H 6 (g) la T= 298 K din următoarele date:
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(tv) + 3/2 O 2 (g) = B 2 O 3 (tv), H 2 0 = -1273,5 kJ/mol,
H2 (g) + 1/2 O2 (g) = H20 (g), H 30 = -241,8 kJ/mol.
3-7. Calculați căldura de formare a sulfatului de zinc din substanțe simple la T= 298 K pe baza următoarelor date.
Exercițiu 81.
Calculați cantitatea de căldură care va fi eliberată în timpul reducerii Fe 2 O 3 aluminiu metalic dacă s-au obţinut 335,1 g fier. Răspuns: 2543,1 kJ.
Soluţie:
Ecuația reacției:
= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 kJ
Calculul cantității de căldură care este eliberată atunci când se primesc 335,1 g de fier se face din proporția:
(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,
unde 55,85 masa atomică a fierului.
Răspuns: 2543,1 kJ.
Efectul termic al reacției
Sarcina 82.
Gazos etanol C2H5OH poate fi obţinut prin interacţiunea etilenei C2H4(g) şi vaporilor de apă. Scrieți ecuația termochimică pentru această reacție, după ce i-am calculat mai întâi efectul termic. Răspuns: -45,76 kJ.
Soluţie:
Ecuația reacției este:
C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = ?
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldura de formare a substanțelor simple se presupune în mod convențional a fi zero. Să calculăm efectul termic al reacției folosind o consecință a legii lui Hess, obținem:
= (C 2 H 5 OH) – [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ
Ecuații de reacție în care despre simboluri compuși chimici sunt indicate stările lor de agregare sau modificare cristalină, precum şi valoare numerica efectele termice se numesc termochimice. În ecuațiile termochimice, dacă nu este specificat în mod specific, valorile efectelor termice la presiune constantă Q p sunt indicate egale cu modificarea entalpiei sistemului. Valoarea este de obicei dată în partea dreaptă a ecuației, separată prin virgulă sau punct și virgulă. Sunt acceptate următoarele denumiri abreviate pentru starea de agregare a unei substanțe: G- gazos, și- lichid, La
Dacă căldura este eliberată ca urmare a unei reacții, atunci< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = - 45,76 kJ.
Răspuns:- 45,76 kJ.
Sarcina 83.
Calculați efectul termic al reacției de reducere a oxidului de fier (II) cu hidrogenul pe baza următoarelor ecuații termochimice:
a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/202 (g) = CO2 (g); = -283,0 kJ;
c) H2 (g) + 1/202 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ.
Răspuns: +27,99 kJ.
Soluţie:
Ecuația de reacție pentru reducerea oxidului de fier (II) cu hidrogen are forma:
EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H20 (g); = ?
= (H2O) – [ (FeO)
Căldura de formare a apei este dată de ecuație
H2 (g) + 1/202 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ,
iar căldura de formare a oxidului de fier (II) poate fi calculată scăzând ecuația (a) din ecuația (b).
=(c) - (b) - (a) = -241,83 – [-283,o – (-13,18)] = +27,99 kJ.
Răspuns:+27,99 kJ.
Sarcina 84.
Când hidrogenul sulfurat gazos și dioxidul de carbon interacționează, se formează vapori de apă și disulfură de carbon CS 2 (g). Scrieți ecuația termochimică pentru această reacție și calculați mai întâi efectul ei termic. Răspuns: +65,43 kJ.
Soluţie:
G- gazos, și- lichid, La-- cristalin. Aceste simboluri sunt omise dacă starea agregativă a substanțelor este evidentă, de exemplu, O 2, H 2 etc.
Ecuația reacției este:
2H2S (g) + C02 (g) = 2H20 (g) + CS2 (g); = ?
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldura de formare a substanțelor simple se presupune în mod convențional a fi zero. Efectul termic al unei reacții poate fi calculat folosind un corolar al legii lui Hess:
= (H2O) + (СS2) – [(H2S) + (СO2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.
2H2S (g) + C02 (g) = 2H20 (g) + CS2 (g); = +65,43 kJ.
Răspuns:+65,43 kJ.
Ecuația reacției termochimice
Sarcina 85.
Scrieți ecuația termochimică pentru reacția dintre CO (g) și hidrogen, în urma căreia se formează CH 4 (g) și H 2 O (g). Câtă căldură va fi eliberată în timpul acestei reacții dacă s-ar produce 67,2 litri de metan în condiții normale? Raspuns: 618,48 kJ.
Soluţie:
Ecuațiile de reacție în care starea lor de agregare sau modificarea cristalului, precum și valoarea numerică a efectelor termice sunt indicate lângă simbolurile compușilor chimici, se numesc termochimice. În ecuațiile termochimice, cu excepția cazului în care este specificat în mod specific, sunt indicate valorile efectelor termice la presiune constantă Q p egale cu modificarea entalpiei sistemului. Valoarea este de obicei dată în partea dreaptă a ecuației, separată prin virgulă sau punct și virgulă. Sunt acceptate următoarele denumiri abreviate pentru starea de agregare a unei substanțe: G- gazos, și- ceva, La- cristalin. Aceste simboluri sunt omise dacă starea agregativă a substanțelor este evidentă, de exemplu, O 2, H 2 etc.
Ecuația reacției este:
CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H20 (g); = ?
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldura de formare a substanțelor simple se presupune în mod convențional a fi zero. Efectul termic al unei reacții poate fi calculat folosind un corolar al legii lui Hess:
= (H20) + (CH4) – (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) – (-110,52) = -206,16 kJ.
Ecuația termochimică va fi:
22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22a4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.
Răspuns: 618,48 kJ.
Căldura de formare
Sarcina 86.
Efectul termic al cărui reacție este egal cu căldura de formare. Calculați căldura de formare a NO pe baza următoarelor ecuații termochimice:
a) 4NH3 (g) + 5O2 (g) = 4NO (g) + 6H20 (l); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3 (g) + 302 (g) = 2N2 (g) + 6H20 (l); = -1530,28 kJ
Răspuns: 90,37 kJ.
Soluţie:
Căldura standard de formare este egală cu căldura de reacție la formarea a 1 mol din această substanță din substanțe simple în condiții standard (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). Formarea NO din substanțe simple poate fi reprezentată astfel:
1/2N2 + 1/2O2 = NR
Este dată reacția (a), care produce 4 moli de NO și dată reacția (b), care produce 2 moli de N2. Oxigenul este implicat în ambele reacții. Prin urmare, pentru a determina căldura standard de formare a NO, compunem următorul ciclu Hess, adică trebuie să scădem ecuația (a) din ecuația (b):
Astfel, 1/2N2 + 1/2O2 = NO; = +90,37 kJ.
Răspuns: 618,48 kJ.
Sarcina 87.
Clorura de amoniu cristalină se formează prin reacția gazelor de amoniac și clorură de hidrogen. Scrieți ecuația termochimică pentru această reacție, după ce i-am calculat mai întâi efectul termic. Câtă căldură va fi eliberată dacă s-au consumat 10 litri de amoniac în reacție, calculată în condiții normale? Răspuns: 78,97 kJ.
Soluţie:
Ecuațiile de reacție în care starea lor de agregare sau modificarea cristalului, precum și valoarea numerică a efectelor termice sunt indicate lângă simbolurile compușilor chimici, se numesc termochimice. În ecuațiile termochimice, cu excepția cazului în care este specificat în mod specific, sunt indicate valorile efectelor termice la presiune constantă Q p egale cu modificarea entalpiei sistemului. Valoarea este de obicei dată în partea dreaptă a ecuației, separată prin virgulă sau punct și virgulă. Au fost acceptate următoarele: La-- cristalin. Aceste simboluri sunt omise dacă starea agregativă a substanțelor este evidentă, de exemplu, O 2, H 2 etc.
Ecuația reacției este:
NH3 (g) + HCI (g) = NH4CI (k). ; = ?
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldura de formare a substanțelor simple se presupune în mod convențional a fi zero. Efectul termic al unei reacții poate fi calculat folosind un corolar al legii lui Hess:
= (NH4CI) – [(NH3) + (HCI)];
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.
Ecuația termochimică va fi:
Căldura eliberată în timpul reacției a 10 litri de amoniac în această reacție se determină din proporția:
22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.
Răspuns: 78,97 kJ.
în continuare indici i se referă la substanțele inițiale sau la reactivi și la indici j– la substanțele sau produsele finale ale reacției; și sunt coeficienții stoichiometrici din ecuația de reacție pentru materiile prime și respectiv produșii de reacție.
Exemplu: Să calculăm efectul termic al reacției de sinteză a metanolului în condiții standard.
Soluţie: Pentru calcule, vom folosi date de referință privind căldurile standard de formare a substanțelor implicate în reacție (vezi Tabelul 44 la pagina 72 din cartea de referință).
Efectul termic al reacției de sinteză a metanolului în condiții standard conform primului corolar al legii lui Hess (ecuația 1.15) este egal cu:
La calcularea efectelor termice ale reacțiilor chimice trebuie să se țină cont de faptul că efectul termic depinde de starea de agregare a reactivilor și de tipul de înregistrare a ecuației chimice a reacției:
Conform celui de-al doilea corolar al legii lui Hess, efectul termic poate fi calculat folosind căldura de ardere Δch, ca diferență între sumele căldurilor de combustie ale substanțelor inițiale și ale produselor de reacție (ținând cont de coeficienții stoichiometrici):
unde Δ r C p– caracterizează modificarea capacității termice izobare a unui sistem ca urmare a unei reacții chimice și se numește coeficientul de temperatură al efectului termic al reacției.
Din ecuația diferențială Kirchhoff rezultă că dependența efectului termic de temperatură este determinată de semnul Δ r C p, adică depinde care este mai mare, capacitatea termică totală a substanțelor inițiale sau capacitatea termică totală a produselor de reacție. Să analizăm ecuație diferențială Kirchhoff.
1. Dacă coeficientul de temperatură Δ r C p> 0, apoi derivata 
> 0 și funcția 
crescând. În consecință, efectul termic al reacției crește odată cu creșterea temperaturii.
2. Dacă coeficientul de temperatură Δ r C p< 0, то производная 
< 0 и функция 
in scadere. În consecință, efectul termic al reacției scade odată cu creșterea temperaturii.
3. Dacă coeficientul de temperatură Δ r C p= 0, apoi derivata 
= 0 și 
. Prin urmare, efectul termic al reacției nu depinde de temperatură. Acest caz nu apare în practică.
Ecuațiile diferențiale sunt convenabile pentru analiză, dar incomode pentru calcule. Pentru a obține o ecuație pentru calcularea efectului termic al unei reacții chimice, integrăm ecuația diferențială Kirchhoff prin separarea variabilelor:
Capacitatea termică a substanțelor depinde de temperatură, prin urmare, 
. Cu toate acestea, în intervalul de temperaturi utilizate în mod obișnuit în procesele tehnologice chimice, această dependență nu este semnificativă. În scopuri practice, capacitățile termice medii ale substanțelor sunt utilizate în intervalul de temperatură de la 298 K la o temperatură dată. 
care sunt date în cărțile de referință. Coeficientul de temperatură al efectului termic calculat folosind capacități termice medii:
Exemplu: Să calculăm efectul termic al reacției de sinteză a metanolului la o temperatură de 1000 K și presiune standard.
Soluţie: Pentru calcule, vom folosi date de referință privind capacitățile termice medii ale substanțelor care participă la reacție în intervalul de temperatură de la 298 K la 1000 K (vezi Tabelul 40 de la pagina 56 a cărții de referință):
Modificarea capacității termice medii a sistemului ca urmare a unei reacții chimice:
A doua lege a termodinamicii
Unul dintre cele mai importante sarcini termodinamica chimică este de a clarifica posibilitatea fundamentală (sau imposibilitatea) apariției spontane a unei reacții chimice în direcția luată în considerare. În cazurile în care devine clar că aceasta reactie chimica poate apărea, este necesar să se determine gradul de conversie a substanțelor inițiale și randamentul produselor de reacție, adică caracterul complet al reacției.
Direcția unui proces spontan poate fi determinată pe baza celei de-a doua legi sau a principiului termodinamicii, formulat, de exemplu, sub forma postulatului Clausius:
Căldura în sine nu poate trece de la un corp rece la unul fierbinte, adică un astfel de proces este imposibil, al cărui singur rezultat ar fi transferul de căldură de la un corp cu o temperatură mai scăzută la un corp cu o temperatură mai mare.
Au fost propuse multe formulări ale celei de-a doua legi a termodinamicii. Formularea Thomson-Planck:
O mașină cu mișcare perpetuă de al doilea fel este imposibilă, adică este imposibilă o mașină care funcționează periodic, care să permită obținerea muncii doar prin răcirea sursei de căldură.
Formularea matematică a celei de-a doua legi a termodinamicii a apărut în analiza funcționării motoarelor termice în lucrările lui N. Carnot și R. Clausius.
Clausius a introdus funcția de stat S, numită entropie, a cărei modificare este egală cu căldura proces reversibil, legat de temperatură
Pentru orice proces
 | (1.22) |
Expresia rezultată este o expresie matematică a celei de-a doua legi a termodinamicii.
