Si të përcaktohet efekti termik. Nxehtësia e reaksionit dhe llogaritjet termokimike

më tej, indekset i referojuni substancave ose reagentëve fillestarë dhe indekseve j- ndaj substancave përfundimtare ose produkteve të reaksionit; dhe - koeficientët stekiometrikë në ekuacionin e reaksionit për materialet fillestare dhe produktet e reaksionit, përkatësisht.

Shembull: Le të llogarisim efektin e nxehtësisë së reaksionit të sintezës së metanolit në kushte standarde.

Zgjidhja: Për llogaritjet, ne do të përdorim të dhënat e referencës për nxehtësinë standarde të formimit të substancave që marrin pjesë në reaksion (shih Tabelën 44 në faqen 72 të librit të referencës).

Efekti i nxehtësisë i reaksionit të sintezës së metanolit në kushte standarde sipas pasojës së parë të ligjit të Hess (ekuacioni 1.15) është i barabartë me:

Gjatë llogaritjes së efekteve termike të reaksioneve kimike, është e nevojshme të merret parasysh se efekti termik varet nga gjendja e grumbullimit të reagentëve dhe nga lloji i regjistrimit. ekuacioni kimik reagimet:

Sipas konkluzionit të dytë nga ligji i Hesit, efekti termik mund të llogaritet duke përdorur nxehtësinë e djegies. Δ c H, si diferenca midis shumave të nxehtësisë së djegies së materialeve fillestare dhe produkteve të reaksionit (duke marrë parasysh koeficientët stoikiometrikë):

ku Δ r C f- karakterizon ndryshimin e kapacitetit termik izobarik të sistemit si rezultat i një reaksioni kimik dhe quhet koeficienti i temperaturës së efektit termik të reaksionit.

Nga ekuacioni diferencial Kirchhoff rrjedh se varësia e efektit termik nga temperatura përcaktohet nga shenja e Δ r C f, d.m.th. varet se cila është më e madhe, kapaciteti i përgjithshëm i nxehtësisë së materialeve fillestare ose kapaciteti total i nxehtësisë së produkteve të reaksionit. Le të analizojmë ekuacioni diferencial Kirchhoff.

1. Nëse koeficienti i temperaturës Δ r C f> 0, pastaj derivati > 0 dhe funksioni në rritje. Rrjedhimisht, efekti termik i reaksionit rritet me rritjen e temperaturës.

2. Nëse koeficienti i temperaturës Δ r C f< 0, то производная < 0 и функция në rënie. Rrjedhimisht, efekti termik i reaksionit zvogëlohet me rritjen e temperaturës.

3. Nëse koeficienti i temperaturës Δ r C f= 0, pastaj derivati = 0 dhe ... Rrjedhimisht, nxehtësia e reaksionit është e pavarur nga temperatura. Ky rast nuk ndodh në praktikë.

Ekuacionet diferenciale janë të përshtatshme për analizë, por të papërshtatshme për llogaritjet. Për të marrë një ekuacion për llogaritjen e efektit termik të një reaksioni kimik, ne integrojmë ekuacionin diferencial Kirchhoff duke pjesëtuar variablat:

Kapacitetet termike të substancave varen nga temperatura, prandaj, ... Megjithatë, në gamën e temperaturave të përdorura zakonisht në proceset e inxhinierisë kimike, kjo varësi nuk është e rëndësishme. Për qëllime praktike, ata përdorin kapacitetet mesatare të nxehtësisë së substancave në intervalin e temperaturës nga 298 K në një temperaturë të caktuar. , të cilat janë dhënë në librat e referencës. Koeficienti i temperaturës së efektit termik i llogaritur duke përdorur kapacitetet mesatare të nxehtësisë:

Shembull: Le të llogarisim efektin e nxehtësisë së reaksionit të sintezës së metanolit në një temperaturë prej 1000 K dhe presion standard.

Zgjidhja: Për llogaritjet, ne do të përdorim të dhëna referencë për kapacitetet mesatare të nxehtësisë së substancave që marrin pjesë në reaksion në intervalin e temperaturës nga 298 K në 1000 K (shih tabelën 40 në faqen 56 të librit të referencës):

Ndryshimi në kapacitetin mesatar të nxehtësisë së sistemit si rezultat i një reaksioni kimik:

Ligji i dytë i termodinamikës

Nje nga detyrat kritike Termodinamika kimike është sqarimi i mundësisë (ose pamundësisë) themelore të shfaqjes spontane të një reaksioni kimik në drejtimin e konsideruar. Në rastet kur bëhet e qartë se e dhënë ndërveprim kimik mund të ndodhë, është e nevojshme të përcaktohet shkalla e shndërrimit të materialeve fillestare dhe rendimenti i produkteve të reaksionit, domethënë, plotësia e reaksionit

Drejtimi i procesit spontan mund të përcaktohet në bazë të ligjit të dytë ose fillimit të termodinamikës, të formuluar, për shembull, në formën e postulatit të Clausius:

Nxehtësia në vetvete nuk mund të kalojë nga një trup i ftohtë në atë të nxehtë, domethënë një proces i tillë është i pamundur, rezultati i vetëm i të cilit do të ishte transferimi i nxehtësisë nga një trup me temperaturë më të ulët në një trup me temperaturë më të lartë.

Janë propozuar shumë formulime të ligjit të dytë të termodinamikës. Formulimi Thomson - Planck:

E pamundur është një makinë me lëvizje të përhershme e llojit të dytë, domethënë, një makinë e tillë që funksionon periodikisht është e pamundur, gjë që do të bënte të mundur marrjen e punës vetëm duke ftohur burimin e nxehtësisë.

Formulimi matematikor i ligjit të dytë të termodinamikës u ngrit në analizën e funksionimit të motorëve të nxehtësisë në veprat e N. Carnot dhe R. Clausius.

Clausius prezantoi funksionin shtetëror S, quhet entropi, ndryshimi i së cilës është i barabartë me nxehtësinë proces i kthyeshëm lidhur me temperaturën

Për çdo proces

(1.22)

Shprehja që rezulton është një shprehje matematikore e ligjit të dytë të termodinamikës.

Ashtu si një nga karakteristikat fizike njeriu është forca fizike, karakteristikë thelbësoreçdo lidhje kimike është forca e lidhjes, d.m.th. energjinë e saj.

Kujtoni se energjia e një lidhjeje kimike është ajo energji që lirohet gjatë formimit të një lidhjeje kimike ose ajo energji që duhet shpenzuar për të shkatërruar këtë lidhje.

Reaksioni kimik në rast i përgjithshëmËshtë shndërrimi i disa substancave në të tjera. Për rrjedhojë, gjatë një reaksioni kimik, disa lidhje thyhen dhe të tjera formohen, d.m.th. transformimi i energjisë.

Ligji themelor i fizikës thotë se energjia nuk lind nga asgjëja dhe nuk zhduket pa lënë gjurmë, por kalon vetëm nga një lloj në tjetrin. Për shkak të shkathtësisë së saj këtë parimështë padyshim i zbatueshëm për një reaksion kimik.

Efekti termik i reaksionit kimik quhet sasia e nxehtësisë,

lirohet (ose absorbohet) gjatë reaksionit dhe i atribuohet 1 mol të substancës së reaguar (ose të formuar).

Efekti i nxehtësisë tregohet me shkronjën Q dhe zakonisht matet në kJ / mol ose kcal / mol.

Nëse reaksioni ndodh me lëshimin e nxehtësisë (Q> 0), ai quhet ekzotermik, dhe nëse me thithjen e nxehtësisë (Q< 0) – эндотермической.

Nëse përshkruani skematikisht profilin e energjisë së reaksionit, atëherë për reaksionet endotermike produktet janë më të larta në energji se reagentët, dhe për ato ekzotermike, përkundrazi, produktet e reagimit janë më të ulëta në energji (më të qëndrueshme) se reagentët.

Është e qartë se sa më shumë një substancë reagon, aq sasi e madhe energjia do të çlirohet (ose absorbohet), d.m.th. efekti termik është drejtpërdrejt proporcional me sasinë e substancës. Prandaj, caktimi i efektit termik në 1 mol të një substance është për shkak të dëshirës sonë për t'u krahasuar me njëri-tjetrin. efektet termike reagime të ndryshme.

Leksioni 6. Termokimia. Efekti termik i një reaksioni kimik Shembull 1. Gjatë reduktimit të 8,0 g oksid bakri (II) me hidrogjen, u formua bakri metalik dhe avujt e ujit dhe u lirua 7,9 kJ nxehtësi. Llogaritni efektin e nxehtësisë së reaksionit të reduktimit të oksidit të bakrit (II).

Zgjidhje . Ekuacioni i reaksionit CuO (s) + H2 (g) = Cu (s) + H2 O (g) + Q (*)

Le të kompozojmë proporcionin kur zvogëlohet 0,1 mol - lirohet 7,9 kJ; kur zvogëlohet 1 mol - lëshohet x kJ

Prej nga x = + 79 kJ / mol. Ekuacioni (*) merr formën

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

Ekuacioni termokimikËshtë ekuacioni i një reaksioni kimik, i cili tregon gjendjen e grumbullimit të përbërësve të përzierjes së reaksionit (reagentët dhe produktet) dhe efektin e nxehtësisë së reaksionit.

Pra, për të shkrirë akullin ose për të avulluar ujin, duhet të shpenzoni një sasi të caktuar nxehtësie, ndërsa kur uji i lëngshëm ngrin ose kondensohet avulli i ujit, lirohet e njëjta sasi nxehtësie. Kjo është arsyeja pse ne jemi të ftohtë kur largohemi nga uji (avullimi i ujit nga sipërfaqja e trupit kërkon energji), dhe djersitja është biologjike. mekanizmi mbrojtës nga mbinxehja e trupit. Përkundrazi, një ngrirës ngrin ujin dhe ngroh zonën përreth, duke i dhënë nxehtësi të tepërt.

Aktiv ky shembull tregohen efektet termike të ndryshimeve në gjendjen agregate të ujit. Nxehtësia e shkrirjes (në 0o C) λ = 3,34 × 105 J / kg (fizikë), ose Qpl. = - 6,02 kJ / mol (kimia), nxehtësia e avullimit (avullim) (në 100o C) q = 2,26 × 106 J / kg (fizikë) ose Qtest. = - 40,68 kJ / mol (kimia).

shkrirja

		avullimi

arr, 298.

Leksioni 6. Termokimia. Efekti termik i një reaksioni kimik Sigurisht, proceset e sublimimit janë të mundshme, kur një i ngurtë

hyn në fazën e gazit, duke anashkaluar gjendje e lëngët dhe proceset e kundërta të depozitimit (kristalizimit) nga faza e gazit, për të cilat është e mundur edhe llogaritja ose matja e efektit termik.

Është e qartë se në çdo substancë ka lidhjet kimike prandaj çdo substancë ka një sasi të caktuar energjie. Megjithatë, jo të gjitha substancat mund të shndërrohen në njëra-tjetrën nga një reaksion kimik. Prandaj, ne ramë dakord për të futur një shtet standard.

Gjendja standarde e materies- kjo është gjendja e grumbullimit të lëndës në një temperaturë prej 298 K, një presion prej 1 atmosfere në modifikimin alotropik më të qëndrueshëm në këto kushte.

Kushtet standardeËshtë një temperaturë prej 298 K dhe një presion prej 1 atmosfere. Kushtet standarde (gjendja standarde) tregohen nga indeksi 0.

Nxehtësia standarde e formimit të përbërjes quhet efekti termik i reaksionit kimik të formimit të një përbërjeje të caktuar nga substanca të thjeshta të marra në gjendjen e tyre standarde. Nxehtësia e formimit të përbërjes tregohet me simbolin Q 0 Për shumë komponime, nxehtësitë standarde të formimit janë dhënë në librat e referencës së sasive fiziko-kimike.

Nxehtësitë standarde të formimit të substancave të thjeshta janë 0. Për shembull, Q0 arr, 298 (O2, gaz) = 0, Q0 arr, 298 (C, tv., Grafit) = 0.

Për shembull . Shkruani ekuacionin termokimik për formimin e sulfatit të bakrit (II). Nga mostra e librit të referencës Q0, 298 (CuSO4) = 770 kJ / mol.

Cu (i ngurtë) + S (i ngurtë) + 2O2 (g) = CuSO4 (i ngurtë) + 770 kJ.

Shënim: ekuacioni termokimik mund të shkruhet për çdo substancë, por duhet kuptuar se në jeta reale reaksioni vazhdon në një mënyrë krejtësisht të ndryshme: nga reagentët e listuar, oksidet e bakrit (II) dhe squfurit (IV) formohen gjatë ngrohjes, por sulfati i bakrit (II) nuk formohet. Një marrje e rëndësishme: ekuacioni termokimik - një model që lejon llogaritjet, është në përputhje të mirë me të dhënat e tjera termokimike, por nuk i reziston testit të praktikës (d.m.th., nuk është në gjendje të parashikojë saktë mundësinë ose pamundësinë e një reaksioni).

(B j) - ∑ a i × Q mostra 0, 298 i

Leksioni 6. Termokimia. Efekti i nxehtësisë i një reaksioni kimik

Sqarim . Për të mos ju mashtruar, do të shtoj menjëherë atë termodinamikë kimike mund të parashikojë mundësinë / pamundësinë e një reagimi, megjithatë, kjo kërkon "mjete" më serioze që shkojnë përtej kursi shkollor kimisë. Ekuacioni termokimik në krahasim me këto metoda është hapi i parë në sfondin e piramidës së Keopsit - nuk mund të bësh pa të, por nuk mund të ngjitesh lart.

Shembulli 2. Llogaritni efektin termik të kondensimit të ujit me peshë 5,8 g Tretësirë. Procesi i kondensimit përshkruhet me ekuacionin termokimik H2 O (g) = H2 O (l) + Q - kondensimi është zakonisht një proces ekzotermik Nxehtësia e kondensimit të ujit në 25o C 37 kJ / mol (referencë).

Prandaj, Q = 37 × 0,32 = 11,84 kJ.

Në shekullin e 19-të, kimisti rus Hess, i cili studioi efektet termike të reaksioneve, vendosi eksperimentalisht ligjin e ruajtjes së energjisë në lidhje me reaksionet kimike - ligji i Hess.

Efekti termik i një reaksioni kimik nuk varet nga rruga e procesit dhe përcaktohet vetëm nga ndryshimi midis gjendjeve përfundimtare dhe fillestare.

Për sa i përket kimisë dhe matematikës këtë ligj do të thotë se ne jemi të lirë të zgjedhim çdo "trajektore llogaritëse" për llogaritjen e procesit, sepse rezultati nuk varet nga ajo. Për këtë arsye, shumë ligj i rëndësishëm Hessa është tepër e rëndësishme pasojë e ligjit të Hesit.

Efekti i nxehtësisë i një reaksioni kimik është i barabartë me shumën e nxehtësisë së formimit të produkteve të reaksionit minus shumën e nxehtësisë së formimit të reaktantëve (duke marrë parasysh koeficientët stoikiometrikë).

Nga pikëpamja e sensit të shëndoshë, kjo pasojë i korrespondon një procesi në të cilin fillimisht të gjithë reaktantët u kthyen në substanca të thjeshta, të cilat më pas grumbulloheshin në një mënyrë të re, në mënyrë që të përftoheshin produktet e reaksionit.

Në formën e një ekuacioni, pasoja e ligjit të Hesit duket si ky ekuacion i reagimit: a 1 A 1 + a 2 A 2 +… + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 +… b

Në këtë rast, a i dhe b j janë koeficientë stekiometrikë, A i janë reagentë, B j janë produkte reaksioni.

Atëherë rrjedha e ligjit të Hesit ka formën Q = ∑ b j × Q arr 0,298

k Bk + Q

(A i)

Leksioni 6. Termokimia. Efekti i nxehtësisë i një reaksioni kimik Që nga nxehtësia standarde e formimit të shumë substancave

a) përmblidhen në tabela të veçanta ose b) mund të përcaktohet në mënyrë eksperimentale, atëherë bëhet e mundur të parashikohet (llogaritet) efekti termik është shumë një numër i madh reagime me një saktësi mjaft të lartë.

Shembulli 3. (Përfundim i ligjit të Hesit). Llogaritni efektin termik të reformimit me avull të metanit që ndodh në fazën e gazit në kushte standarde:

CH4 (vit) + H2 O (vit) = CO (vit) + 3 H2 (vit)

Përcaktoni nëse një reagim i caktuar është ekzotermik apo endotermik?

Zgjidhja: Pasoja e ligjit të Hesit

Q = 3 Q0			D) + Q 0		(CO, г) -Q 0		D) -Q 0		O, d) - në formë të përgjithshme.
	arr, 298			arr, 298	arr, 298		arr, 298
Q arr0	298 (H 2, r) = 0			Një substancë e thjeshtë në një gjendje standarde

Nga libri i referencës gjejmë nxehtësinë e formimit të përbërësve të mbetur të përzierjes.

		O, g) = 241.8			(CO, g) = 110,5				D) = 74.6
arr, 298				arr, 298			arr, 298

Zëvendësimi i vlerave në ekuacion

Q = 0 + 110,5 - 74,6 - 241,8 = -205,9 kJ / mol, reagimi është fort endotermik.

Përgjigje: Q = -205,9 kJ / mol, endotermike

Shembulli 4. (Zbatimi i ligjit të Hesit). Nxehtësitë e reaksioneve janë të njohura

C (tv.) + ½ O (g.) = CO (g.) + 110,5 kJ

С (tv.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 393,5 kJ Gjeni efektin termik të reaksionit 2CO (g.) + O2 (g.) = 2CO2 (g.) Zgjidhje Shumëzoni të parën dhe ekuacionet e dyta në 2

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

Zbrisni nga ekuacioni i dytë i pari

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

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

Shënim: Kur studiojmë termokiminë, marrim parasysh një reaksion kimik nga jashtë (jashtë). Në të kundërt, termodinamika kimike është shkenca e sjelljes sistemet kimike- e konsideron sistemin nga brenda dhe operon me konceptin "entalpi" H si energji termike e sistemit. Entalpia, pra

Leksioni 6. Termokimia. Efekti termik i një reaksioni kimik, në një farë mënyre, ka të njëjtin kuptim me sasinë e nxehtësisë, por ka shenjën e kundërt: nëse lirohet energji nga sistemi, mjedisi ai merr dhe nxehet, dhe sistemi humbet energjinë.

Literatura:

1. tekst shkollor, V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko et al., Kimia e klasës 9, paragrafi 19,

2. Udhëzues studimi"Bazat e Kimisë së Përgjithshme" Pjesa 1.

Përpiluar nga S.G. Baram, I.N. Mironov. -merr me vete! në seminarin e radhës

3. A.V. Manuilov. Bazat e Kimisë. http://hemi.nsu.ru/index.htm

§9.1 Efekti termik i një reaksioni kimik. Ligjet themelore të termokimisë.

§9.2 ** Termokimia (vazhdim). Nxehtësia e formimit të një lënde nga elementët.

Entalpia standarde e formimit.

Kujdes!

Ne po kalojmë në zgjidhjen e problemeve llogaritëse, prandaj, një kalkulator tani është i dëshirueshëm për seminaret e kimisë.

Në termokimi, sasia e nxehtësisë P, e cila lirohet ose absorbohet si rezultat i një reaksioni kimik, quhet efekt termik. Reaksionet me çlirimin e nxehtësisë quhen ekzotermike (Q> 0), dhe me thithjen e nxehtësisë - endotermike (P<0 ).

Në termodinamikë, përkatësisht quhen proceset në të cilat lirohet nxehtësia ekzotermike, dhe proceset në të cilat nxehtësia absorbohet - endotermike.

Sipas konkluzionit nga ligji i parë i termodinamikës për proceset izokorik-izotermike, efekti termik është i barabartë me ndryshimin në energjinë e brendshme të sistemit .

Meqenëse termokimia përdor shenjën e kundërt në lidhje me termodinamikën, atëherë.

Për proceset izobarike-izotermike, efekti termik është i barabartë me ndryshimin në entalpinë e sistemit .

Nëse D H> 0- procesi vazhdon me thithjen e nxehtësisë dhe është endotermike.

Nëse D H< 0 - procesi shoqërohet me çlirimin e nxehtësisë dhe është ekzotermike.

Nga ligji i parë i termodinamikës rrjedh Ligji i Hesit:

efekt termik reaksionet kimike varet vetëm nga lloji dhe gjendja e substancave fillestare dhe produkteve përfundimtare, por nuk varet nga rruga e kalimit nga gjendja fillestare në atë përfundimtare.

Pasojë e këtij ligji është rregulli që me ekuacionet termokimike, mund të kryeni veprimet e zakonshme algjebrike.

Si shembull, merrni parasysh reagimin e oksidimit të qymyrit në CO 2.

Kalimi nga substancat fillestare në atë përfundimtare mund të kryhet duke djegur drejtpërdrejt qymyrin në СО 2:

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

Efekti i nxehtësisë i këtij reaksioni Δ H 1.

Ky proces mund të kryhet në dy faza (Fig. 4). Në fazën e parë, karboni digjet në CO nga reaksioni

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

në të dytën CO digjet në CO 2

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

Efektet termike të këtyre reaksioneve, përkatësisht Δ H 2 dheΔ H 3.

Oriz. 4. Diagrami i procesit të djegies së qymyrit në СО 2

Të tre proceset përdoren gjerësisht në praktikë. Ligji i Hess-it ju lejon të lidhni efektet termike të këtyre tre proceseve me ekuacionin:

Δ H 1=Δ H 2 + Δ H 3.

Efektet e nxehtësisë së procesit të parë dhe të tretë mund të maten relativisht lehtë, por djegia e qymyrit në monoksid karboni në temperaturat e larta vështirë. Efekti i tij termik mund të llogaritet:

Δ H 2=Δ H 1 - Δ H 3.

Vlerat e Δ H 1 dhe Δ H 2 varen nga lloji i qymyrit të përdorur. Sasia Δ H 3 nuk ka lidhje me këtë. Kur një mol CO digjet me presion konstant në 298K, sasia e nxehtësisë është Δ H 3= -283.395 kJ / mol. Δ H 1= -393,86 kJ / mol në 298K. Pastaj në 298K Δ H 2= -393,86 + 283,395 = -110,465 kJ / mol.

Ligji i Hesit bën të mundur llogaritjen e efekteve termike të proceseve për të cilat nuk ka të dhëna eksperimentale ose për të cilat ato nuk mund të maten në kushtet e kërkuara. Kjo vlen edhe për reaksionet kimike, dhe për proceset e tretjes, avullimit, kristalizimit, adsorbimit, etj.

Kur zbatohet ligji i Hess-it, duhet të respektohen rreptësisht kushtet e mëposhtme:

Në të dy proceset, duhet të ketë vërtet të njëjtat gjendje fillestare dhe vërtet të njëjtat gjendje përfundimtare;

Duhet të jetë e njëjtë jo vetëm përbërjet kimike produktet, por edhe kushtet e ekzistencës së tyre (temperatura, presioni, etj.) dhe gjendja e grumbullimit, dhe për substanca kristalore dhe modifikimin e kristalit.

Gjatë llogaritjes së efekteve termike të reaksioneve kimike në bazë të ligjit të Hess, zakonisht përdoren dy lloje të efekteve termike - nxehtësia e djegies dhe nxehtësia e formimit.

Nga ngrohtësia e edukimit quhet efekti termik i reaksionit të formimit të një përbërjeje të caktuar nga substanca të thjeshta.

Nxehtësia e djegies quhet efekti termik i reaksionit të oksidimit të një përbërjeje të caktuar me oksigjen për t'u formuar oksidet më të larta elementet ose përbërjet përkatëse të këtyre oksideve.

Vlerat e referencës për nxehtësinë dhe sasitë e tjera zakonisht i referohen gjendjes standarde të materies.

Si gjendje standarde Substancat individuale të lëngshme dhe të ngurta marrin gjendjen e tyre në një temperaturë të caktuar dhe në një presion të barabartë me një atmosferë, dhe për gazet individuale - gjendjen e tyre kur në një temperaturë dhe presion të caktuar të barabartë me 1,01 10 5 Pa (1 atm.), ato posedojnë veti të një gazi ideal. Për të lehtësuar llogaritjet, referohen të dhënat e referencës temperaturë standarde 298 K.

Nëse një element mund të ekzistojë në disa modifikime, atëherë një modifikim që është i qëndrueshëm në 298 K dhe presioni atmosferik e barabartë me 1,01 10 5 Pa (1 atm.)

Të gjitha vlerat që lidhen me gjendjen standarde të substancave shënohen me një mbishkrim në formën e një rrethi: ... Në proceset metalurgjike, shumica e komponimeve formohen me çlirimin e nxehtësisë, pra për to rritet entalpia. Për artikujt në gjendje standarde, vlera.

Duke përdorur të dhënat e referencës së nxehtësisë standarde të formimit të substancave që marrin pjesë në reaksion, mund të llogaritet lehtësisht efekti i nxehtësisë së reaksionit.

Nga ligji i Hesit rrjedh:efekti termik i reaksionit është i barabartë me diferencën midis nxehtësisë së formimit të të gjitha substancave të treguara në anën e djathtë të ekuacionit(substancat fundore ose produktet e reaksionit) , dhe nxehtësitë e formimit të të gjitha substancave të treguara në anën e majtë të ekuacionit(materialet fillestare) , marrë me koeficientë të barabartë me koeficientët përballë formulave të këtyre substancave në ekuacionin e reaksionit:

ku n- numri i moleve të substancës që merr pjesë në reaksion.

Shembull. Le të llogarisim efektin termik të reaksionit Fe 3 O 4 + CO = 3 FeO + CO 2. Nxehtësitë e formimit të substancave që marrin pjesë në reaksion janë: për Fe 3 O 4, për CO, për FeO, për CO 2.

Efekti i nxehtësisë i reaksionit:

Meqenëse reaksioni në 298K është endotermik, d.m.th. vjen me thithjen e nxehtësisë.

Ushtrimi 81.
Llogaritni sasinë e nxehtësisë që do të lirohet kur Fe të reduktohet 2 O 3 alumini metalik, nëse përftoheshin 335,1 g hekur. Përgjigje: 2543.1 kJ.
Zgjidhja:
Ekuacioni i reagimit:

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

Llogaritja e sasisë së nxehtësisë që lirohet pas marrjes së 335.1 g hekuri kryhet nga proporcioni:

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

ku 55.85 është masa atomike e hekurit.

Përgjigje: 2543,1 kJ.

Efekti i nxehtësisë i reaksionit

Detyra 82.
I gaztë etanol C2H5OH mund të merret nga bashkëveprimi i etilenit C 2 H 4 (g) dhe avullit të ujit. Shkruani ekuacionin termokimik për këtë reaksion, duke llogaritur më parë efektin termik të tij. Përgjigje: -45,76 kJ.
Zgjidhja:
Ekuacioni i reagimit është:

C2H4 (g) + H2O (g) = C2H5OH (g); =?

Vlerat e nxehtësisë standarde të formimit të substancave jepen në tabela të veçanta. Duke marrë parasysh se nxehtësitë e formimit të substancave të thjeshta merren në mënyrë konvencionale të barabarta me zero. Ne llogarisim efektin termik të reaksionit, duke përdorur përfundimin nga ligji i Hess, marrim:

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

Ekuacionet e reagimit në të cilat rreth simboleve komponimet kimike tregohen gjendjet e tyre të grumbullimit ose modifikimit kristalor, si dhe vlerë numerike efektet termike quhen termokimike. Në ekuacionet termokimike, nëse nuk specifikohet ndryshe, vlerat e efekteve termike në presion konstant Q p tregohen të barabarta me ndryshimin në entalpinë e sistemit. Vlera zakonisht jepet në anën e djathtë të ekuacionit, e ndarë me presje ose pikëpresje. Shkurtesat e mëposhtme për gjendjen agregate të një substance janë miratuar: G- i gaztë, f- lëngshme, për të

Nëse nxehtësia lirohet si rezultat i reaksionit, atëherë< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C2H4 (g) + H2O (g) = C2H5OH (g); = - 45,76 kJ.

Përgjigje:- 45,76 kJ.

Detyra 83.
Llogaritni efektin termik të reduktimit të oksidit të hekurit (II) me hidrogjen bazuar në ekuacionet termokimike të mëposhtme:

a) EeO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1 / 2O 2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
c) H2 (g) + 1 / 2O2 (g) = H2O (g); = -241,83 kJ.
Përgjigje: +27,99 kJ.

Zgjidhja:
Ekuacioni i reaksionit për reduktimin e oksidit të hekurit (II) me hidrogjen ka formën:

EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H2O (g); =?

= (H2O) - [(FeO)

Nxehtësia e formimit të ujit përcaktohet nga ekuacioni

H2 (g) + 1 / 2O2 (g) = H2O (g); = -241,83 kJ,

dhe nxehtësia e formimit të oksidit të hekurit (II) mund të llogaritet duke zbritur ekuacionin (a) nga ekuacioni (b).

= (c) - (b) - (a) = -241,83 - [-283, o - (-13,18)] = +27,99 kJ.

Përgjigje:+27,99 kJ.

Detyra 84.
Kur sulfidi i gaztë i hidrogjenit dhe dioksidi i karbonit ndërveprojnë, formohen avujt e ujit dhe disulfidi i karbonit CS 2 (g). Shkruani ekuacionin termokimik të këtij reaksioni, fillimisht llogaritni efektin termik të tij. Përgjigje: +65,43 kJ.
Zgjidhja:
G- i gaztë, f- lëngshme, për të- kristalore. Këto simbole hiqen nëse gjendja e grumbullimit të substancave është e dukshme, për shembull, О 2, Н 2, etj.
Ekuacioni i reagimit është:

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

Vlerat e nxehtësisë standarde të formimit të substancave jepen në tabela të veçanta. Duke marrë parasysh se nxehtësitë e formimit të substancave të thjeshta merren në mënyrë konvencionale të barabarta me zero. Nxehtësia e reaksionit mund të llogaritet duke përdorur përfundimin e nga ligji i Hesit:

= (H2O) + (CS2) - [(H2S) + (CO2)];
= 2 (-241,83) + 115,28 - = +65,43 kJ.

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

Përgjigje:+65,43 kJ.

Ekuacioni termokimik i reaksionit

Detyra 85.
Shkruani ekuacionin termokimik të reaksionit ndërmjet CO (g) dhe hidrogjenit, si rezultat i të cilit formohen CH 4 (g) dhe H 2 O (g). Sa nxehtësi do të lirohet gjatë këtij reaksioni nëse në kushte normale fitohen 67.2 litra metan? Përgjigje: 618.48 kJ.
Zgjidhja:
Ekuacionet e reaksioneve në të cilat gjendjet e tyre agregate ose modifikimi kristalor tregohen pranë simboleve të përbërjeve kimike, si dhe vlera numerike e efekteve termike, quhen termokimike. Në ekuacionet termokimike, nëse nuk specifikohet ndryshe, vlerat e efekteve termike në presion konstant Q p tregohen të barabarta me ndryshimin në entalpinë e sistemit. Vlera zakonisht jepet në anën e djathtë të ekuacionit, e ndarë me presje ose pikëpresje. Shkurtesat e mëposhtme për gjendjen agregate të një substance janë miratuar: G- i gaztë, f- diçka, për të- kristalore. Këto simbole hiqen nëse gjendja e grumbullimit të substancave është e dukshme, për shembull, О 2, Н 2, etj.
Ekuacioni i reagimit është:

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

Vlerat e nxehtësisë standarde të formimit të substancave jepen në tabela të veçanta. Duke marrë parasysh se nxehtësitë e formimit të substancave të thjeshta merren në mënyrë konvencionale të barabarta me zero. Nxehtësia e reaksionit mund të llogaritet duke përdorur përfundimin e nga ligji i Hesit:

= (H2O) + (CH4) - (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) - (-110,52) = -206,16 kJ.

Ekuacioni termokimik do të ketë formën:

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

Përgjigje: 618,48 kJ.

Vapa e arsimit

Detyra 86.
Efekti i nxehtësisë i të cilit reaksioni është i barabartë me nxehtësinë e formimit. Llogaritni nxehtësinë e formimit të NO duke përdorur ekuacionet termokimike të mëposhtme:
a) 4NH3 (g) + 5O2 (g) = 4NO (g) + 6H2O (g); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3 (d) + 3O2 (d) = 2N2 (d) + 6H2O (g); = -1530,28 kJ
Përgjigje: 90.37 kJ.
Zgjidhja:
Nxehtësia standarde e formimit është e barabartë me nxehtësinë e reaksionit të formimit të 1 mol të kësaj substance nga substanca të thjeshta në kushte standarde (T = 298 K; p = 1.0325.105 Pa). Formimi i NO nga substanca të thjeshta mund të përfaqësohet si më poshtë:

1 / 2N 2 + 1 / 2O 2 = JO

Jepet reaksioni (a), në të cilin formohen 4 mol NO, dhe reaksioni i dhënë (b), në të cilin formohen 2 mol N2. Oksigjeni është i përfshirë në të dy reagimet. Prandaj, për të përcaktuar nxehtësinë standarde të formimit të NO, ne hartojmë ciklin e mëposhtëm Hess, d.m.th., duhet të nxjerrim ekuacionin (a) nga ekuacioni (b):

Kështu, 1 / 2N 2 + 1 / 2O 2 = JO; = +90,37 kJ.

Përgjigje: 618,48 kJ.

Detyra 87.
Kloruri kristalor i amonit formohet nga bashkëveprimi i amoniakut të gaztë dhe klorurit të hidrogjenit. Shkruani ekuacionin termokimik për këtë reaksion, duke llogaritur më parë efektin termik të tij. Sa nxehtësi do të lirohet nëse në reaksion do të harxhoheshin 10 litra amoniak në kushte normale? Përgjigje: 78,97 kJ.
Zgjidhja:
Ekuacionet e reaksioneve në të cilat gjendjet e tyre agregate ose modifikimi kristalor tregohen pranë simboleve të përbërjeve kimike, si dhe vlera numerike e efekteve termike, quhen termokimike. Në ekuacionet termokimike, nëse nuk specifikohet ndryshe, vlerat e efekteve termike në presion konstant Q p tregohen të barabarta me ndryshimin në entalpinë e sistemit. Vlera zakonisht jepet në anën e djathtë të ekuacionit, e ndarë me presje ose pikëpresje. Janë miratuar këto, për të- kristalore. Këto simbole hiqen nëse gjendja e grumbullimit të substancave është e dukshme, për shembull, О 2, Н 2, etj.
Ekuacioni i reagimit është:

NH 3 (g) + НCl (g) = NH 4 Cl (q). ; =?

Vlerat e nxehtësisë standarde të formimit të substancave jepen në tabela të veçanta. Duke marrë parasysh se nxehtësitë e formimit të substancave të thjeshta merren në mënyrë konvencionale të barabarta me zero. Nxehtësia e reaksionit mund të llogaritet duke përdorur përfundimin e nga ligji i Hesit:

= (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Ekuacioni termokimik do të ketë formën:

Nxehtësia e lëshuar gjatë reaksionit të 10 litrave amoniak nga ky reaksion përcaktohet nga proporcioni:

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

Përgjigje: 78,97 kJ.

Problemi nr.6

Llogaritni kapacitetin mesatar të nxehtësisë së substancës të dhënë në tabelë. 6, në intervalin e temperaturës nga 298 në T TE.

Tabela 6

	Substanca			Substanca

Zgjidhja:

Merrni parasysh llogaritjen e kapacitetit mesatar të nxehtësisë së amoniakut në intervalin e temperaturës nga 298 në 800 TE.

Kapaciteti i nxehtësisëËshtë raporti i sasisë së nxehtësisë së përthithur nga trupi gjatë ngrohjes me rritjen e temperaturës që shoqëron ngrohjen. Për një substancë individuale, bëhet një dallim midis specifike(një kilogram) dhe molare kapaciteti i nxehtësisë (një mol).

Kapaciteti i vërtetë i nxehtësisë

, (21)

ku δ P - një sasi pafundësisht e vogël nxehtësie e nevojshme për të rritur temperaturën e trupit me një sasi pafundësisht të vogël dT .

Kapaciteti mesatar i nxehtësisëËshtë raporti i sasisë së nxehtësisë P të rritet temperatura ∆ T = T 2 – T 1 ,

.

Meqenëse nxehtësia nuk është funksion i gjendjes dhe varet nga rruga e procesit, është e nevojshme të tregohen kushtet për procesin e ngrohjes. Në proceset izokorike dhe izobarike për një ndryshim infinitimal δ P V = dU dhe δ P fq = dH, prandaj

dhe
. (22)

Lidhja ndërmjet izokorik i vërtetë(ME V) dhe izobarike (C fq) kapacitetet e ngrohjes substanca dhe e saj mesatare izokorik
dhe izobarike
kapacitetet e ngrohjes në diapazonin e temperaturës nga T 1 përpara T 2 shprehet me ekuacionet (23) dhe (24):

; (23)

. (24)

Varësia e kapacitetit të vërtetë të nxehtësisë nga temperatura shprehet me ekuacionet empirike të mëposhtme:

; (për jo çështje organike) (25)

... (për substancat organike) (26)

Do të përdorim librin e referencës së sasive fizike dhe kimike. Le të shkruajmë koeficientët (a, b, c) të ekuacionit për varësinë e kapacitetit të nxehtësisë izobarike të amoniakut nga temperatura:

Tabela 7

Substanca
		b· dhjetë 3	c / · dhjetë –5

Le të shkruajmë ekuacionin e varësisë së kapacitetit të vërtetë të nxehtësisë së amoniakut nga temperatura:

.

Zëvendësoni këtë ekuacion në formulën (24) dhe llogaritni kapacitetin mesatar të nxehtësisë së amoniakut:

= 1/(800-298)
=

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

Problemi numër 7

Për reaksionin kimik të paraqitur në tabelë. 2, vizatoni grafikët e varësisë së shumës së kapaciteteve të nxehtësisë së produkteve të reaksionit nga temperatura
dhe shuma e kapaciteteve të nxehtësisë së materialeve fillestare kundrejt temperaturës
... Ekuacionet e varësisë
marrë nga referenca. Llogaritni ndryshimin e kapacitetit të nxehtësisë gjatë një reaksioni kimik (
) në temperaturat 298 K, 400 K dhe T K (Tabela 6).

Zgjidhja:

Le të llogarisim ndryshimin e kapacitetit të nxehtësisë në temperaturat 298 K, 400 K dhe 600 K duke përdorur shembullin e reaksionit të sintezës së amoniakut:

Le të shkruajmë koeficientët (a, b, c, c /) 1 të ekuacioneve të varësisë së kapacitetit të vërtetë të nxehtësisë së amoniakut nga temperatura për substancat fillestare dhe produktet e reaksionit, duke marrë parasysh koeficientët stoikiometrikë ... Le të llogarisim shumën e koeficientëve. Për shembull, shuma e koeficientëve a për materialet fillestare është

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

Shuma e gjasave a për produktet e reaksionit është

= 2 29,8 = 59,6.

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

Tabela 8

Substanca			b· dhjetë 3	c / · dhjetë – 5	s 10 6
origjinale substancave
( , , )
( , , )
, ,

Kështu, ekuacioni i varësisë

për produktet e reagimit është si më poshtë:

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

Të vizatojë varësinë e shumës së kapacitetit të nxehtësisë së produkteve të reaksionit nga temperatura
llogaritni shumën e kapaciteteve të nxehtësisë në disa temperatura:

Në T = 298 K

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

Në T = 400 K
= 77,89 J / K;

Në T = 600 K
= 89,25 J / K.

Ekuacioni i varësisë
për substancat fillestare ka formën:

= 109,72 + 14,05 · 10 -3 T + 1,50 · 10 -5 / T 2.

Në mënyrë të ngjashme, ne llogarisim
materialet fillestare në disa temperatura:

Në T = 298 K

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

Në T = 400 K
= 116,28 J / K;

Në T = 600 K
= 118,57 J / K.

Më pas, ne llogarisim ndryshimin në kapacitetin izobarik të nxehtësisë
gjatë reaksionit në disa temperatura:

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

= –44,57 J / K;

= –38,39 J / K;

= –29,32 J / K.

Duke përdorur vlerat e llogaritura, ne grafikojmë varësinë e shumës së kapaciteteve të nxehtësisë së produkteve të reaksionit dhe shumës së kapaciteteve të nxehtësisë së substancave fillestare nga temperatura.

Fig 2. Varësia e kapaciteteve totale të nxehtësisë së materialeve fillestare dhe produkteve të reaksionit nga temperatura për reaksionin e sintezës së amoniakut

Në këtë interval të temperaturës, kapaciteti i përgjithshëm i nxehtësisë së materialeve fillestare është më i lartë se kapaciteti total i nxehtësisë së produkteve, prandaj,
në të gjithë gamën e temperaturës nga 298 K deri në 600 K.

Problemi numër 8

Llogaritni efektin e nxehtësisë së reaksionit të dhënë në tabelë. 2, në një temperaturë T K (Tabela 6).

Zgjidhja:

Le të llogarisim efektin e nxehtësisë së reaksionit të sintezës së amoniakut në një temperaturë prej 800 TE.

Varësia e efektit të nxehtësisë
reaksionet nga temperatura përshkruan Ligji i Kirchhoff-it

, (27)

ku
- ndryshimi i kapacitetit termik të sistemit gjatë reaksionit. Le të analizojmë ekuacionin:

1) Nëse
> 0, d.m.th., shuma e kapaciteteve të nxehtësisë së produkteve të reaksionit është më e madhe se shuma e kapaciteteve të nxehtësisë së substancave fillestare, atëherë > 0,. varësia
duke u rritur dhe me rritjen e temperaturës rritet edhe efekti termik.

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

3) Nëse
= 0, atëherë = 0, efekti termik është i pavarur nga temperatura.

Në formë integrale, ekuacioni Kirchhoff ka formën e mëposhtme:

. (28)

a) nëse kapaciteti i nxehtësisë nuk ndryshon gjatë procesit, d.m.th. shuma e kapaciteteve të nxehtësisë së produkteve të reaksionit është e barabartë me shumën e kapaciteteve të nxehtësisë së materialeve fillestare (
), atëherë efekti termik nuk varet nga temperatura

= konst.

b) për llogaritje e përafërt ne mund të neglizhojmë varësinë nga temperatura e kapaciteteve të nxehtësisë dhe të përdorim vlerat e kapaciteteve mesatare të nxehtësisë së pjesëmarrësve të reaksionit (
). Në këtë rast, llogaritja bëhet sipas formulës

c) për llogaritje e saktë nevojiten të dhëna për varësinë e kapacitetit termik të të gjithë pjesëmarrësve në reaksion nga temperatura
... Në këtë rast, efekti termik llogaritet me formulë

(30)

Ne shkruajmë të dhënat e referencës (Tabela 9) dhe llogarisim ndryshimet në vlerat përkatëse për secilën kolonë sipas analogjisë me detyrën nr. 7). Ne përdorim të dhënat e marra për llogaritjen:

Përafërsisht:

= –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.

Për reaksionin e sintezës së amoniakut, ndryshimi i kapacitetit të nxehtësisë gjatë reaksionit
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

Tabela 9

	Substanca			Shuma për produktet e reaksionit	Sasia për materialet fillestare	Ndryshimi në rrjedhën e reagimit
,				=	=	=
, J / (mol K)				=	=	=
				=	=	=
				=	=	=
				=	= 1,5	=
				= 0	= 0	= 0