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 la conditii 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. ecuație chimică reactii:
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.
La fel ca unul dintre caracteristici fizice persoana este forță fizică, cea mai importantă caracteristică a oricărei legături chimice este puterea legăturii, adică. energia ei.
Să ne amintim că energia unei legături chimice este energia care este eliberată în timpul formării unei legături chimice sau energia care trebuie cheltuită pentru a distruge această legătură.
Reacție chimică în caz general- Aceasta este transformarea unei substanțe în alta. În consecință, în timpul unei reacții chimice, unele legături sunt rupte și altele se formează, adică. conversie de energie.
Legea fundamentală a fizicii spune că energia nu apare din nimic și nu dispare fără urmă, ci doar trece de la o formă la alta. Datorită versatilității sale acest principiu, evident, se aplică reacțiilor chimice.
Efectul termic al unei reacții chimice se numeste cantitatea de caldura
eliberat (sau absorbit) în timpul unei reacții și referit la 1 mol de substanță reacționată (sau formată).
Efectul termic este notat cu litera Q și este de obicei măsurat în kJ/mol sau kcal/mol.
Dacă are loc o reacție cu degajare de căldură (Q > 0), se numește exotermă, iar dacă cu absorbția de căldură (Q< 0) – эндотермической.
Dacă descriem schematic profilul energetic al unei reacții, atunci pentru reacțiile endoterme produsele sunt mai mari ca energie decât reactanții, iar pentru reacțiile exoterme, dimpotrivă, produșii de reacție sunt mai mici ca energie (mai stabili) decât reactanții.
Este clar că cu cât reacţionează mai multă substanţă, cu atât cantitate mare energia va fi eliberată (sau absorbită), adică efectul termic este direct proportional cu cantitatea de substanta. Prin urmare, atribuirea efectului termic la 1 mol dintr-o substanță se datorează dorinței noastre de a compara efecte termice diverse reacții.
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacții chimice Exemplul 1. Când 8,0 g de oxid de cupru (II) au fost reduse cu hidrogen, s-au format cupru metalic și vapori de apă și s-a eliberat 7,9 kJ de căldură. Calculați efectul termic al reacției de reducere a oxidului de cupru(II).
Soluție. Ecuația reacției: CuO (solid) + H2 (g) = Cu (solv) + H2 O (g) + Q (*)
Să facem o proporție: la reducere se eliberează 0,1 mol - 7,9 kJ; la reducere se eliberează 1 mol - x kJ
Unde x = + 79 kJ/mol. Ecuația (*) ia forma
CuO (solid.) + H2 (g.) = Cu (solid.) + H2O (g.) +79 kJ
Ecuația termochimică este ecuația unei reacții chimice, care indică starea de agregare a componentelor amestecului de reacție (reactivi și produse) și efectul termic al reacției.
Astfel, pentru a topi gheața sau pentru a evapora apa, sunt necesare anumite cantități de căldură, în timp ce atunci când apa lichidă îngheață sau vaporii de apă se condensează, se eliberează aceleași cantități de căldură. Acesta este motivul pentru care ne simțim frig când ieșim din apă (evaporarea apei de la suprafața corpului necesită energie), iar transpirația este biologică mecanism de aparare de la supraîncălzirea corpului. Dimpotrivă, un congelator îngheață apa și încălzește camera înconjurătoare, eliberând excesul de căldură către aceasta.
Pe în acest exemplu Sunt prezentate efectele termice ale modificărilor stării de agregare a apei. Căldura de fuziune (la 0o C) λ = 3,34×105 J/kg (fizică), sau Qpl. = - 6,02 kJ/mol (chimie), căldură de evaporare (vaporizare) (la 100o C) q = 2,26×106 J/kg (fizică) sau Qex. = - 40,68 kJ/mol (chimie).
topire
evaporare |
|||||
arr. 298.
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacții chimice Desigur, procesele de sublimare sunt posibile atunci când un solid
trece în faza gazoasă, ocolind stare lichidași procese inverse de depunere (cristalizare) din faza gazoasă, pentru ele este posibil și calcularea sau măsurarea efectului termic.
Este clar că fiecare substanță conține legături chimice Prin urmare, fiecare substanță are o anumită cantitate de energie. Cu toate acestea, nu toate substanțele pot fi transformate una în alta printr-o reacție chimică. Prin urmare, am convenit să introducem un stat standard.
Starea standard a materiei– aceasta este starea de agregare a unei substanțe la o temperatură de 298 K, o presiune de 1 atmosferă în cea mai stabilă modificare alotropică în aceste condiții.
Termeni standard– aceasta este o temperatură de 298 K și o presiune de 1 atmosferă. Condițiile standard (condiția standard) sunt indicate de indicele 0.
Căldura standard de formare a unui compus este efectul termic al reacției chimice de formare a unui compus dat din substanțe simple luate în starea lor standard. Căldura de formare a unui compus este indicată de simbolul Q 0 Pentru mulți compuși, căldurile standard de formare sunt date în cărțile de referință ale cantităților fizico-chimice.
Căldura standard de formare a substanțelor simple este egală cu 0. De exemplu, proba Q0, 298 (O2, gaz) = 0, proba Q0, 298 (C, solid, grafit) = 0.
De exemplu . Scrieți ecuația termochimică pentru formarea sulfatului de cupru (II). Din cartea de referință Q0 proba 298 (CuSO4) = 770 kJ/mol.
Cu (solid) + S (solid) + 2O2 (g) = CuSO4 (solid) + 770 kJ.
Notă: ecuația termochimică poate fi scrisă pentru orice substanță, dar trebuie să înțelegem că în viata reala reacția are loc într-un mod complet diferit: din reactivii enumerați, la încălzire se formează oxizi de cupru (II) și sulf (IV), dar nu se formează sulfat de cupru (II). La pachet important: O ecuație termochimică este un model care permite efectuarea de calcule; este de acord cu alte date termochimice, dar nu rezistă testărilor practice (adică nu este în măsură să prezică corect posibilitatea sau imposibilitatea unei reacții).
(B j ) - ∑ a i × Q arr 0 .298 i
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacții chimice
Clarificare . Ca să nu vă induc în eroare, voi adăuga imediat că termodinamica chimică poate prezice posibilitatea/imposibilitatea unei reacţii, cu toate acestea, acest lucru necesită „instrumente” mai serioase, care merg dincolo curs şcolar chimie. Ecuația termochimică în comparație cu aceste tehnici este primul pas pe fundalul piramidei Cheops - nu te poți descurca fără ea, dar nu te poți ridica sus.
Exemplul 2. Calculați efectul termic al condensării apei cu greutatea de 5,8 g. Soluție. Procesul de condensare este descris de ecuația termochimică H2 O (g.) = H2 O (l.) + Q – condensarea este de obicei un proces exotermic.Căldura de condensare a apei la 25o C este de 37 kJ/mol (carte de referință) .
Prin urmare, Q = 37 × 0,32 = 11,84 kJ.
În secolul al XIX-lea, chimistul rus Hess, care a studiat efectele termice ale reacțiilor, a stabilit experimental legea conservării energiei în raport cu reacțiile chimice - legea lui Hess.
Efectul termic al unei reacții chimice nu depinde de calea procesului și este determinat doar de diferența dintre stările finale și inițiale.
Din punct de vedere al chimiei și matematicii această legeînseamnă că suntem liberi să alegem orice „traiectorie de calcul” pentru a calcula procesul, deoarece rezultatul nu depinde de acesta. Din acest motiv este foarte lege importantă Hess este incredibil de important corolar al legii lui Hess.
Efectul termic al unei reacții chimice este egal cu suma căldurilor de formare a produselor de reacție minus suma căldurilor de formare a reactanților (ținând cont de coeficienții stoichiometrici).
Din punct de vedere al bunului simț, această consecință corespunde unui proces în care toți reactanții au fost mai întâi transformați în substanțe simple, care apoi s-au reasamblat pentru a forma produși de reacție.
Sub formă de ecuație, consecința legii lui Hess arată astfel: Ecuația reacției: a 1 A 1 + a 2 A 2 + … + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 + … b
În acest caz, a i și b j sunt coeficienți stoichiometrici, A i sunt reactivi, B j sunt produși de reacție.
Atunci consecința legii lui Hess are forma Q = ∑ b j × Q arr 0 .298
k Bk + Q
(Ai)
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacţii chimice Deoarece căldurile standard de formare a multor substanţe
a) sunt rezumate în tabele speciale sau b) pot fi determinate experimental, atunci devine posibil să se prezică (calcula) efectul termic foarte cantitate mare reacții cu o precizie destul de mare.
Exemplul 3. (Corolarul legii lui Hess). Calculați efectul termic al reformării cu abur a metanului care are loc în faza gazoasă în condiții standard:
CH4 (g) + H2 O (g) = CO (g) + 3 H2 (g)
Stabiliți dacă această reacție este exotermă sau endotermă?
Rezolvare: Corolarul legii lui Hess
Q = 3 Q0 | G) +Q 0 | (CO ,g ) −Q 0 | G ) −Q 0 | O, g) - în formă generală. |
|||||
arr. 298 | arr. 298 | arr. 298 | arr. 298 | ||||||
Q rev0 | 298 (H2,g) = 0 | Substanță simplă în stare standard |
|||||||
Din cartea de referință găsim căldurile de formare ale componentelor rămase ale amestecului.
O,g) = 241,8 | (CO,g) = 110,5 | Г) = 74,6 | |||||||||
arr. 298 | arr. 298 | arr. 298 | |||||||||
Înlocuirea valorilor în ecuație
Q = 0 + 110,5 – 74,6 – 241,8 = -205,9 kJ/mol, reacția este foarte endotermă.
Răspuns: Q = -205,9 kJ/mol, endotermic
Exemplul 4. (Aplicarea legii lui Hess). Căluri de reacții cunoscute
C (solid) + ½ O (g) = CO (g) + 110,5 kJ
C (solid) + O2 (g) = CO2 (g) + 393,5 kJ Aflați efectul termic al reacției 2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) Rezolvare Înmulțiți prima și a doua ecuație pe 2
2C (sol.) + O2 (g.) = 2CO (g.) + 221 kJ 2C (solv.) + 2O2 (g.) = 2CO2 (g.) + 787 kJ
Scădeți prima din a doua ecuație
O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ – 2CO (g) – 221 kJ,
2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ Răspuns: 566 kJ/mol.
Notă: Când studiem termochimia, luăm în considerare o reacție chimică din exterior (din exterior). În schimb, termodinamica chimică este știința comportamentului sisteme chimice– consideră sistemul din interior și operează cu conceptul de „entalpie” H ca energie termică a sistemului. Entalpie, deci
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacții chimice are același sens ca și cantitatea de căldură, dar are semnul opus: dacă energie este eliberată din sistem, mediu inconjuratorîl primește și se încălzește, dar sistemul pierde energie.
Literatură:
1. manual, V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko și colab., Chimie clasa a IX-a, paragraful 19,
2. Manual educațional și metodologic„Fundamentele chimiei generale” Partea 1.
Întocmit de S.G. Baram, I.N. Mironov. - ia cu tine! pentru următorul seminar
3. A.V. Manuilov. Bazele chimiei. http://hemi.nsu.ru/index.htm
§9.1 Efectul termic al unei reacții chimice. Legile de bază ale termochimiei.
§9.2** Termochimie (continuare). Căldura de formare a unei substanțe din elemente.
Entalpia standard de formare.
Atenţie!
Trecem la rezolvarea problemelor de calcul, așa că un calculator este acum de dorit pentru seminariile de chimie.
În termochimie, cantitatea de căldură Q care este eliberat sau absorbit ca urmare a unei reacții chimice se numește efect termic. Reacțiile care apar odată cu degajarea de căldură se numesc exotermic (Q>0), și cu absorbție de căldură - endotermic (Q<0 ).
În termodinamică, în consecință, procesele în care se eliberează căldură sunt numite exotermicși procesele în care căldura este absorbită - endotermic.
Conform corolarului primei legi a termodinamicii pentru procesele izocoric-izoterme, efectul termic este egal cu modificarea energiei interne a sistemului .
Întrucât în termochimie se folosește semnul opus în raport cu termodinamica, atunci.
Pentru procesele izobaric-izoterme, efectul termic este egal cu modificarea entalpiei sistemului .
Daca D H > 0- procesul are loc cu absorbtia de caldura si este endotermic.
Daca D H< 0 - procesul este însoțit de degajare de căldură și este exotermic.
Din prima lege a termodinamicii rezultă legea lui Hess:
efect termic reacții chimice depinde doar de tipul și starea substanțelor inițiale și a produselor finale, dar nu depinde de calea de tranziție de la starea inițială la starea finală.
O consecinţă a acestei legi este regula că Cu ecuațiile termochimice puteți efectua operații algebrice obișnuite.
Ca exemplu, luați în considerare reacția de oxidare a cărbunelui la CO2.
Tranziția de la substanțele inițiale la cele finale se poate realiza prin arderea directă a cărbunelui la CO2:
C (t) + O2 (g) = C02 (g).
Efectul termic al acestei reacții este Δ H 1.
Acest proces poate fi realizat în două etape (Fig. 4). În prima etapă, carbonul arde la CO în funcție de reacție
C (t) + O2 (g) = CO (g),
pe al doilea CO arde până la CO 2
CO (t) + O2 (g) = CO2 (g).
Efectele termice ale acestor reacții sunt respectiv Δ H 2şi Δ N 3.
Orez. 4. Schema procesului de ardere a cărbunelui la CO2
Toate cele trei procese sunt utilizate pe scară largă în practică. Legea lui Hess ne permite să relaționăm efectele termice ale acestor trei procese cu ecuația:
Δ H 1=Δ H 2 + Δ N 3.
Efectele termice ale primului și al treilea proces pot fi măsurate relativ ușor, dar arderea cărbunelui în monoxid de carbon la temperaturi mari dificil. Efectul său termic poate fi calculat:
Δ H 2=Δ H 1 - Δ N 3.
valorile Δ H 1şi Δ H 2 depinde de tipul de cărbune folosit. Valoarea Δ N 3 nu are legătură cu asta. Când un mol de CO este ars la presiune constantă la 298K, cantitatea de căldură este Δ N 3= -283,395 kJ/mol. Δ H 1= -393,86 kJ/mol la 298K. Apoi la 298K Δ H 2= -393,86 + 283,395 = -110,465 kJ/mol.
Legea lui Hess face posibilă calcularea efectelor termice ale proceselor pentru care datele experimentale nu sunt disponibile sau pentru care nu pot fi măsurate în condițiile cerute. Acest lucru se aplică reacțiilor chimice și proceselor de dizolvare, evaporare, cristalizare, adsorbție etc.
La aplicarea legii lui Hess, trebuie respectate cu strictețe următoarele condiții:
Ambele procese trebuie să aibă stări inițiale cu adevărat identice și stări finale cu adevărat identice;
Nu numai că ar trebui să fie la fel compozitii chimice produse, dar și condițiile de existență a acestora (temperatura, presiunea etc.) și starea de agregare, precum și pentru substanțe cristalineși modificarea cristalelor.
Atunci când se calculează efectele termice ale reacțiilor chimice pe baza legii lui Hess, se folosesc de obicei două tipuri de efecte termice - căldura de ardere și căldura de formare.
Căldura de formare se numește efectul termic al reacției de formare a unui compus dat din substanțe simple.
Căldura de ardere este efectul termic al reacției de oxidare a unui compus dat cu oxigenul care se formează oxizi mai mari elementele sau compușii corespunzători acestor oxizi.
Valorile de referință pentru efectele termice și alte cantități se referă de obicei la starea standard a substanței.
La fel de stare standard substanțele individuale lichide și solide își iau starea la o temperatură dată și la o presiune egală cu o atmosferă, iar pentru gazele individuale - starea lor este atunci când la o temperatură și o presiune date egale cu 1,01 10 5 Pa (1 atm.), au proprietățile unui gaz ideal. Pentru a facilita calculele, se face referire la datele de referință temperatura standard 298 K.
Dacă orice element poate exista în mai multe modificări, atunci modificarea care este stabilă la 298 K și presiune atmosferică, egal cu 1,01·10 5 Pa (1 atm.)
Toate cantitățile legate de starea standard a substanțelor sunt marcate cu un superscript sub formă de cerc: 
. În procesele metalurgice, majoritatea compușilor se formează odată cu degajarea de căldură, astfel încât pentru aceștia creșterea entalpiei este de . Pentru elementele în stare standard, valoarea este .
Folosind datele de referință pentru căldurile standard de formare ale substanțelor implicate în reacție, puteți calcula cu ușurință efectul termic al reacției.
Din legea lui Hess rezultă:efectul termic al reacției este egal cu diferența dintre căldurile de formare a tuturor substanțelor indicate în partea dreaptă a ecuației(substanțe finale sau produse de reacție) , și căldurile de formare a tuturor substanțelor indicate în partea stângă a ecuației(materiale de pornire) , luate cu coeficienți egali cu coeficienții din fața formulelor acestor substanțe din ecuația reacției:
Unde n- numărul de moli ai substanței implicate în reacție.
Exemplu. Să calculăm efectul termic al reacției Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2. Călurile de formare ale substanțelor implicate în reacție sunt: pentru Fe 3 O 4, pentru CO, pentru FeO, pentru CO 2.
Efectul termic al reacției:
Deoarece reacția la 298K este endotermă, adică vine cu absorbție de căldură.
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.
Sarcina nr.6
Calculați capacitatea termică medie a substanței prezentate în tabel. 6, în intervalul de temperatură de la 298 la T LA.
Tabelul 6
|
Substanţă |
Substanţă | ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
| ||||
|
|
|
Soluţie:
Să luăm în considerare calculul capacității termice medii a amoniacului în intervalul de temperatură de la 298 la 800 LA.
Capacitate termica este raportul dintre cantitatea de căldură absorbită de un corp atunci când este încălzit și creșterea temperaturii care însoțește încălzirea. Pentru o substanță individuală există specific(un kilogram) și molar(un mol) capacitate termică.
Capacitate de căldură adevărată
,
(21)
Unde δ Q - o cantitate infinitezimală de căldură necesară pentru a crește temperatura corpului cu o cantitate infinitezimală dT .
Capacitate termică medie este raportul dintre cantitatea de căldură Q la o creștere a temperaturii ∆ T = T 2 – T 1 ,
.
Deoarece căldura nu este o funcție de stare și depinde de calea procesului, este necesar să se indice condițiile pentru procesul de încălzire. În procesele izocorice și izobare pentru o modificare infinitezimală δ Q V = dU Și δ Q p = dH, De aceea
Și 
.
(22)
Legătura între adevărat izocoric(CU V) Și izobaric
(C p)
capacitati termice substanțele și lor in medie izocoric 
și izobar 
capacitati termiceîn intervalul de temperatură de la T 1
inainte de T 2
exprimat prin ecuațiile (23) și (24):
;
(23)
.
(24)
Dependența capacității reale de căldură de temperatură este exprimată prin următoarele ecuații empirice:
; (Pentru Nu materie organică) (25)
. (pentru substanțe organice) (26)
Să folosim un director de cantități fizice și chimice. Să scriem coeficienții (a, b, c) ai ecuației pentru dependența capacității termice izobare a amoniacului de temperatură:
Tabelul 7
|
Substanţă |
|
||
|
b·10 3 |
c / ·10 –5 |
||
Să scriem ecuația pentru dependența capacității reale de căldură a amoniacului de temperatură:
.
Să înlocuim această ecuație în formula (24) și să calculăm capacitatea termică medie a amoniacului:
=
1/(800-298)
=
0,002 = 43,5 J/mol K.
Problema nr. 7
Pentru reacția chimică dată în tabel. 2, reprezentați grafic dependențele sumei capacităților termice ale produselor de reacție de temperatură 
si suma capacitatilor termice ale substantelor de pornire in functie de temperatura 
. Ecuații de dependență 
ia-l din cartea de referință. Calculați modificarea capacității termice în timpul unei reacții chimice ( 
) la temperaturi de 298 K, 400 K și T K (Tabelul 6).
Soluţie:
Să calculăm modificarea capacității termice la temperaturi de 298 K, 400 K și 600 K folosind exemplul reacției de sinteză a amoniacului:
Să notăm coeficienții (a, b, c, c/) 1 ai ecuațiilor pentru dependența capacității termice reale a amoniacului de temperatură pentru materiile prime și produșii de reacție, ținând cont de coeficienții stoichiometrici. 
. Să calculăm suma coeficienților. De exemplu, suma coeficienților A pentru substanțele inițiale este egală cu
= 27,88 + 3·27,28 = 109,72.
Suma cotelor A pentru produșii de reacție este egal cu
= 2·29,8 = 59,6.
=
=59,6 – 109,72 = –50,12.
Tabelul 8
|
Substanţă |
b·10 3 |
c / ·10 – 5 |
s·10 6 |
||
|
original substante | |||||
|
( | |||||
|
( | |||||
|
| |||||
,
,
)
,
,
)
,
,
Astfel, ecuația dependenței 
pentru produsele de reacție are următoarea formă:
= 59,60 + 50,96·10 –3 T – 3,34·10 5 /T 2.
Pentru a reprezenta grafic dependența sumei capacității termice a produselor de reacție de temperatură 
Să calculăm suma capacităților termice la mai multe temperaturi:
La T = 298 K
= 59,60 + 50,96 10 –3 298 – 3,34 10 5 /298 2 = 71,03 J/K;
La T
= 400 K 
= 77,89 J/K;
La T = 600 K 
= 89,25 J/K.
Ecuația dependenței 
pentru substanțele inițiale are forma:
= 109,72 + 14,05·10 –3 T + 1,50·10 -5 /T 2 .
Calculăm la fel 
substanțe de pornire la mai multe temperaturi:
La T=298 K
=109,72 + 14,05 10 –3 298 + 1,50 10 5 /298 2 =115,60 J/K;
La T = 400 K 
= 116,28 J/K;
La T = 600 K 
= 118,57 J/K.
Apoi, calculăm modificarea capacității de căldură izobară 
în timpul unei reacții la mai multe temperaturi:
= –50,12 + 36,91 10 –3 T – 4,84 10 5 /T 2,
= –44,57 J/K;
= –38,39 J/K;
= –29,32 J/K.
Folosind valorile calculate, construim grafice ale dependențelor sumei capacităților termice ale produselor de reacție și a sumei capacităților termice ale substanțelor inițiale de temperatură.
Figura 2. Dependența capacităților termice totale ale substanțelor inițiale și a produselor de reacție de temperatură pentru reacția de sinteză a amoniacului
În acest interval de temperatură, capacitatea termică totală a substanțelor inițiale este mai mare decât capacitatea termică totală a produselor, prin urmare, 
pe întregul interval de temperatură de la 298 K până la 600 K.
Problema nr. 8
Calculați efectul termic al reacției prezentate în tabel. 2, la temperatură T K (Tabelul 6).
Soluţie:
Să calculăm efectul termic al reacției de sinteză a amoniacului la o temperatură de 800°C LA.
Dependența efectului termic 
descrie reacțiile de la temperatură legea lui Kirchhoff
,
(27)
Unde 
- modificarea capacităţii termice a sistemului în timpul reacţiei. Să analizăm ecuația:
1) Dacă 
> 0, adică suma capacităților termice ale produselor de reacție este mai mare decât suma capacităților termice ale substanțelor inițiale, atunci 
> 0,. dependenta 
crescând, iar odată cu creșterea temperaturii efectul termic crește.
2) Dacă 
<
0, то
< 0, т.е. зависимость убывающая, и с
повышением температуры тепловой эффект
уменьшается.
3) Dacă 
= 0, atunci 
= 0, efectul termic nu depinde de temperatură.
În formă integrală, ecuația Kirchhoff are următoarea formă:
.
(28)
a) dacă capacitatea termică nu se modifică în timpul procesului, adică suma capacităților termice ale produselor de reacție este egală cu suma capacităților termice ale substanțelor inițiale ( 
), atunci efectul termic nu depinde de temperatură
= const.
b) pentru calcul aproximativ putem neglija dependența capacităților termice de temperatură și putem folosi valorile capacităților termice medii ale participanților la reacție ( 
). În acest caz, calculul se face folosind formula
c) pentru calcul precis sunt necesare date despre dependența capacității termice a tuturor participanților la reacție de temperatură 
. În acest caz, efectul termic este calculat folosind formula
(30)
Notăm datele de referință (Tabelul 9) și calculăm modificările valorilor corespunzătoare pentru fiecare coloană prin analogie cu sarcina nr. 7). Folosim datele obținute pentru a calcula:
Aproximativ:
= –91880 + (–31,88)(800 – 298) = –107883,8 J = – 107,88 kJ.
= –91880 + (–50,12)(800 – 298) + 1/2·36,91·10 -3 (800 2 – 298 2) +
– (–4,84·10 5)(1/800 – 1/298) = – 107815 J = – 107,82 kJ.
Pentru reacția de sinteză a amoniacului, modificarea capacității termice în timpul reacției 
<
0 (см. задачу №7). Следовательно
< 0, с повышением температуры тепловой
эффект уменьшается.
Tabelul 9
|
Substanţă |
Suma pentru produsele de reacție |
Cantitatea de substanțe inițiale |
Schimbarea în timpul reacției |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
,
=
=
=
, J/(mol K)
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
1,5
=
=
0
=
0
=
0
