Hem Blommor Värmeeffekt av reaktion. Beräkning av de termiska effekterna av kemiska reaktioner

Blommor

Värmeeffekt av reaktion. Beräkning av de termiska effekterna av kemiska reaktioner

Reaktionsvärme (reaktionsvärme) är mängden frigjord eller absorberad värme Q. Om värme frigörs under reaktionen kallas en sådan reaktion exoterm, om värme absorberas kallas reaktionen endoterm.

Reaktionsvärmet bestäms utifrån termodynamikens första lag (början), vilket matematiskt uttryck i sin enklaste form för kemiska reaktionerär ekvationen:

Q = ΔU + рΔV (2.1)

där Q är reaktionsvärmet, ΔU är förändringen inre energi, р - tryck, ΔV - volymförändring.

Termokemisk beräkning består i att bestämma termisk effekt reaktioner. I enlighet med ekvation (2.1) beror det numeriska värdet på reaktionsvärmet på hur det utförs. I den isokoriska processen som utförs vid V = const, är reaktionsvärmet Q V =Δ U, i isobarisk process vid p = konstant termisk effekt Q P =Δ H. Således är den termokemiska beräkningen v bestämma mängden förändring eller intern energi, eller entalpi under reaktionens gång. Eftersom den överväldigande majoriteten av reaktionerna fortgår under isobariska förhållanden (till exempel är dessa alla reaktioner i öppna kärl. atmosfärstryck), när termokemiska beräkningar utförs, ΔН ... OmΔ N<0, то реакция экзотермическая, если же Δ H> 0, då är reaktionen endoterm.

Termokemiska beräkningar utförs antingen med hjälp av Hess lag, enligt vilken den termiska effekten av en process inte beror på dess väg, utan bestäms endast av arten och tillståndet hos de ursprungliga substanserna och produkterna i processen, eller, oftast, en process. konsekvens av Hess lag: den termiska effekten av en reaktion är lika med summan av värme (entalpier) bildning av produkter minus summan av värme (entalpier) för bildning av reagenser.

Vid beräkningar enligt Hess lag används ekvationer för hjälpreaktioner, vars termiska effekter är kända. Kärnan i operationer i beräkningar enligt Hess lag är att algebraiska åtgärder utförs på ekvationerna av hjälpreaktioner som leder till en reaktionsekvation med en okänd termisk effekt.

Exempel 2.1... Bestämning av reaktionsvärmet: 2CO + O 2 = 2CO 2 ΔН -?

Vi använder följande reaktioner som hjälpreaktioner: 1) C + O 2 = C0 2;Δ H1 = -393,51 kJ och 2) 2C + O2 = 2CO;Δ H2 = -220,1 kJ, därΔ N / ochΔ Н 2 - värmeeffekter av hjälpreaktioner. Med hjälp av ekvationerna för dessa reaktioner är det möjligt att få ekvationen för en given reaktion om hjälpekvationen 1) multipliceras med två och från det erhållna resultatet, ekvation 2) subtraheras. Därför är det okända värmet för en given reaktion lika med:

Δ H = 2Δ H 1 -Δ H2 = 2 (-393,51) - (-220,1) = -566,92 kJ.

Om den termokemiska beräkningen använder en konsekvens från Hess lag, använd följande samband för reaktionen uttryckt med ekvationen aA + bB = cC + dD:

ΔН = (сΔHobr, s + dΔHobr D) - (aΔHobr A + bΔH prov, c) (2.2)

där ΔН är reaktionsvärmet; AH o br - värmer (entalpi) för bildning av reaktionsprodukterna C och D respektive reagens A och B; с, d, a, b - stökiometriska koefficienter.

Värmen (entalpin) för bildning av en förening är värmeeffekten av reaktionen, under vilken 1 mol av denna förening bildas från enkla ämnen i termodynamiskt stabila faser och modifikationer 1 *. Till exempel , värmen från bildning av vatten i ångtillstånd är lika med hälften av reaktionsvärmet, uttryckt med ekvationen: 2H 2 (g)+ O 2 (g)= 2H2O (d).Dimensionen på bildningsvärmen är kJ / mol.

V termokemiska beräkningar Reaktionsvärmen bestäms som regel för standardförhållanden, för vilka formel (2.2) har formen:

ΔН ° 298 = (сΔН ° 298, prov, С + dΔH ° 298, o 6 p, D) - (аΔН ° 298, prov A + bΔН ° 298, prov, c)(2.3)

där ΔН ° 298 är standardreaktionsvärmet i kJ (standardvärdet indikeras av den upphöjda "0") vid en temperatur på 298K, och ΔН ° 298, obR är standardvärmen (entalpier) för bildning också vid en temperatur på 298K. Värden på ΔН ° 298 .obR.är definierade för alla anslutningar och är tabelldata. 2 * - se bilagatabellen.

Exempel 2.2. Beräkning av standardvärmen sid e andelar uttryckta med ekvationen:

4NH3 (r) + 502 (g) = 4NO (g) + 6H2O (g).

Enligt följden från Hess lag skriver vi 3 *:

Δ H 0 298 = (4Δ H 0 298. o b sid. Nej + 6ΔH 0 298. säng H20) - 4ΔH 0 298 arr. NH s. Genom att ersätta tabellvärdena för standardvärmen för bildning av föreningarna som presenteras i ekvationen får vi:Δ N ° 298= (4 (90,37) + 6 (-241,84)) - 4 (-46,19) = - 904,8 kJ.

Negativt tecken reaktionsvärmen indikerar processens exotermitet.

Inom termokemi anges vanligtvis termiska effekter i reaktionsekvationerna. Sådan ekvationer med den indikerade termiska effekten kallas termokemiska. Till exempel, den termokemiska ekvationen för reaktionen som betraktas i exempel 2.2 är skriven:

4NH3 (g) + 502 (g) = 4NO (g) + 6H20 (g);Δ N°298 = -904,8 kJ.

Om förhållandena skiljer sig från standard, tillåter det i praktiska termokemiska beräkningar Xia med approximation: Δ H ≈Δ N ° 298 (2,4) Uttryck (2.4) återspeglar reaktionsvärmens svaga beroende av betingelserna för dess uppkomst.

Varje kemisk reaktion åtföljs av frigöring eller absorption av energi i form av värme.

På basis av frigöring eller absorption av värme skiljer de sig exotermisk och endotermisk reaktioner.

Exotermisk reaktioner är reaktioner där värme frigörs (+ Q).

Endotermiska reaktioner är reaktioner under vilka värme absorberas (-Q).

Värmeeffekt av reaktion (F) är mängden värme som frigörs eller absorberas under interaktionen av en viss mängd av de initiala reagenserna.

En termokemisk ekvation är en ekvation där den termiska effekten av en kemisk reaktion anges. Så, till exempel, ekvationerna är termokemiska:

Det bör också noteras att de termokemiska ekvationerna i obligatorisk bör innehålla information om tillståndet för aggregation av reagenser och produkter, eftersom värdet av den termiska effekten beror på detta.

Beräkningar av reaktionens värmeeffekt

Ett exempel på ett typiskt problem för att hitta värmeeffekten av en reaktion:

När 45 g glukos interagerar med ett överskott av syre i enlighet med ekvationen

C6H12O6 (tv.) + 6O2 (g) = 6CO2 (g) + 6H2O (g) + Q

släppte ut 700 kJ värme. Bestäm reaktionens termiska effekt. (Skriv ner talet till hela heltal.)

Lösning:

Låt oss beräkna mängden glukosämne:

n (C6H12O6) = m (C6H12O6)/M (C6H12O6) = 45 g/180 g/mol = 0,25 mol

De där. när 0,25 mol glukos interagerar med syre frigörs 700 kJ värme. Från termo som presenteras i skick kemisk ekvation det följer att när 1 mol glukos interagerar med syre, bildas en mängd värme lika med Q (reaktionens värmeeffekt). Då är följande proportion korrekt:

0,25 mol glukos - 700 kJ

1 mol glukos - Q

Från denna proportion följer motsvarande ekvation:

0,25 / 1 = 700 / Q

När vi löser vilken, finner vi att:

Således är den termiska effekten av reaktionen 2800 kJ.

Beräkningar med termokemiska ekvationer

Mycket oftare i tentamens uppgifter från termokemi är värdet av den termiska effekten redan känt, eftersom villkoret ger en fullständig termokemisk ekvation.

I detta fall krävs att man beräknar antingen mängden värme som frigörs/absorberas med en känd mängd reagens eller produkt, eller omvänt enligt känt värde värme, krävs det för att bestämma massan, volymen eller mängden av ett ämne för någon deltagare i reaktionen.

Exempel 1

I enlighet med reaktionens termokemiska ekvation

3Fe 3 O 4 (TV) + 8Al (TV) = 9Fe (TV) + 4Al 2 O 3 (TV) + 3330 kJ

bildade 68 g aluminiumoxid. Hur mycket värme frigjordes under detta? (Skriv ner talet till hela heltal.)

Lösning

Låt oss beräkna mängden aluminiumoxid:

n (Al2O3) = m (Al2O3)/M (Al2O3) = 68 g/102 g/mol = 0,667 mol

I enlighet med reaktionens termokemiska ekvation frigörs 3330 kJ under bildningen av 4 mol aluminiumoxid. I vårt fall bildas 0,6667 mol aluminiumoxid. Betecknar mängden värme som frigörs i detta fall, genom x kJ kommer vi att komponera proportionen:

4 mol AI2O3 - 3330 kJ

0,667 mol AI2O3 - x kJ

Denna andel motsvarar ekvationen:

4/0,6667 = 3330/x

När vi löser vilken, finner vi att x = 555 kJ

De där. med bildning av 68 g aluminiumoxid i enlighet med den termokemiska ekvationen frigörs 555 kJ värme under betingelserna.

Exempel 2

Som ett resultat av reaktionen, vars termokemiska ekvation

4FeS 2 (s) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (s) + 3310 kJ

släppte ut 1655 kJ värme. Bestäm volymen (l) svaveldioxid som utvecklas (n.o.). (Skriv ner talet till hela heltal.)

Lösning

I enlighet med reaktionens termokemiska ekvation frigör bildningen av 8 mol SO 2 3310 kJ värme. I vårt fall frigjordes 1655 kJ värme. Låt mängden ämne SO 2, som bildas i detta fall, vara lika med x mol. Då är följande andel rimlig:

8 mol SO2 - 3310 kJ

x mol SO2 - 1655 kJ

Av vilken ekvationen följer:

8/x = 3310/1655

När vi löser vilken, finner vi att:

Sålunda är mängden substans SO 2 som bildas i detta fall 4 mol. Därför är dess volym lika med:

V (SO 2) = V m ∙ n (SO 2) = 22,4 l / mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(runda upp till heltal, eftersom detta krävs i villkoret.)

Mer detaljerade problem om den termiska effekten av en kemisk reaktion kan hittas.

Termokemi studerar de termiska effekterna av kemiska reaktioner. I många fall sker dessa reaktioner vid konstant volym eller konstant tryck. Av termodynamikens första lag följer att värme under dessa förhållanden är en funktion av tillstånd. Vid en konstant volym är värme lika med förändringen i intern energi:

och vid konstant tryck - förändringen i entalpi:

Dessa likheter som tillämpas på kemiska reaktioner utgör kärnan i Hess lag:

Den termiska effekten av en kemisk reaktion som fortskrider vid konstant tryck eller konstant volym beror inte på reaktionsvägen, utan bestäms endast av reaktanternas och reaktionsprodukternas tillstånd.

Med andra ord är den termiska effekten av en kemisk reaktion lika med en förändring i tillståndets funktion.
Inom termokemi, till skillnad från andra tillämpningar av termodynamik, anses värme vara positiv om den släpps in miljö, dvs. om H < 0 или U < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение H(som helt enkelt kallas "reaktionens entalpi") eller U reaktioner.

Om reaktionen fortsätter i lösning eller i fast fas, där volymförändringen är obetydlig, då

H = U + (pV) U. (3.3)

Om idealgaser är involverade i reaktionen, då vid konstant temperatur

H = U + (pV) = U+ n. RT, (3.4)

där n är förändringen i antalet mol gaser i reaktionen.

För att underlätta jämförelsen av entalpierna för olika reaktioner används termen "standardtillstånd". Standardtillståndet är tillståndet för ett rent ämne vid ett tryck på 1 bar (= 10 5 Pa) och en given temperatur. För gaser är detta ett hypotetiskt tillstånd vid ett tryck på 1 bar, som har egenskaperna hos en oändligt förtärnad gas. Entalpi av reaktion mellan ämnen i standardtillstånd vid temperatur T, beteckna ( r betyder "reaktion"). I termokemiska ekvationer anges inte bara formlerna för ämnen, utan också deras aggregerade tillstånd eller kristallina modifikationer.

Viktiga konsekvenser följer av Hess lag, som gör det möjligt att beräkna entalpin för kemiska reaktioner.

Följd 1.

är lika med skillnaden mellan standardentalpierna för bildning av reaktionsprodukter och reagens (med hänsyn till stökiometriska koefficienter):

Standardentalpin (värme) för bildning av ett ämne (f betyder "bildning") vid en given temperatur kallas entalpin för reaktionen vid bildandet av en mol av detta ämne av element som är i det mest stabila standardtillståndet. Enligt denna definition är entalpin för bildning av de mest stabila enkla substanserna i standardtillståndet 0 vid vilken temperatur som helst. Standardentalpier för bildning av ämnen vid en temperatur av 298 K ges i referensböcker.

Begreppet "bildningsentalpi" används inte bara för vanliga ämnen, utan också för joner i lösning. I detta fall tas H+-jonen som referenspunkt, för vilken standardentalpin för bildning i en vattenlösning antas vara noll:

Följd 2. Standardentalpi för en kemisk reaktion

är lika med skillnaden mellan entalpier för förbränning av reagenser och reaktionsprodukter (med hänsyn till stökiometriska koefficienter):

(c betyder "förbränning"). Standardentalpin (värme) för förbränning av ett ämne kallas entalpin för reaktionen av fullständig oxidation av en mol av ett ämne. Denna konsekvens används vanligtvis för att beräkna de termiska effekterna av organiska reaktioner.

Följd 3. Entalpin för en kemisk reaktion är lika med skillnaden mellan energierna för de brutna och bildade kemiska bindningarna.

Genom kommunikationens energi A-B är energin som krävs för att bryta bindningen och separera de resulterande partiklarna till ett oändligt avstånd:

AB (g) A (g) + B (g).

Bondenergi är alltid positivt.

De flesta termokemiska data i referensböckerna ges vid en temperatur på 298 K. För att beräkna de termiska effekterna vid andra temperaturer, använd Kirchhoffs ekvation:

(differentiell form) (3.7)

(integral form) (3.8)

var C sid- skillnaden mellan isobarisk värmekapacitet hos reaktionsprodukterna och initialsubstanserna. Om skillnaden T 2 - T 1 är liten, då kan du ta C sid= konst. På stor skillnad temperatur är det nödvändigt att använda temperaturberoendet C sid(T) typ:

där koefficienterna a, b, c etc. för enskilda ämnen är de hämtade från referensboken, och tecknet anger skillnaden mellan produkter och reagenser (med hänsyn till koefficienterna).

EXEMPEL

Exempel 3-1. Standardentalpierna för bildning för flytande och gasformigt vatten vid 298 K är -285,8 respektive -241,8 kJ / mol. Beräkna entalpin för förångning av vatten vid denna temperatur.

Lösning... Bildningens entalpier motsvarar följande reaktioner:

H 2 (g) + ЅO 2 (g) = H 2 O (g), H 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + ЅO 2 (g) = H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.

Den andra reaktionen kan utföras i två steg: först bränns väte för att bilda flytande vatten enligt den första reaktionen, och sedan förångas vattnet:

H2O (g) = H2O (g), H 0 isp =?

Sedan, enligt Hess lag,

H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,

var H O isp = -241,8 - (-285,8) = 44,0 kJ/mol.

Svar. 44,0 kJ/mol.

Exempel 3-2. Beräkna reaktionsentalpin

6C (g) + 6H (g) = C6H6 (g)

a) genom bildningsentalpier; b) genom bindningsenergierna, under antagandet att dubbelbindningarna i C 6 H 6-molekylen är fixerade.

Lösning... a) Bildningens entalpier (i kJ / mol) finns i referensboken (till exempel P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5:e upplagan, s. C9-C15): f H O (C6H6 (g)) = 82,93, f H O (C (g)) = 716,68, f H O (H (g)) = 217,97. Reaktionsentalpin är:

r H 0 = 82,93 - 6 716,68 - 6 217,97 = -5525 kJ/mol.

b) I denna reaktion kemiska bindningar inte bryta, utan bara bilda. I approximationen av fixerade dubbelbindningar innehåller C 6 H 6-molekylen 6 C-H-bindningar, 3 C-C-bindningar och 3 C = C-bindningar. Bindningsenergier (i kJ/mol) (P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5:e upplagan, s. C7): E(C-H) = 412, E(C-C) = 348, E(C = C) = 612. Reaktionsentalpin är:

r H O = - (6 412 + 3 348 + 3 612) = -5352 kJ/mol.

Skillnad med exakt resultat-5525 kJ/mol beror på att det i bensenmolekylen inte finns några C-C enkelbindningar och C = C dubbelbindningar, utan det finns 6 aromatiska C C bindningar.

Svar. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.

Exempel 3-3. Beräkna reaktionsentalpin med hjälp av referensdata

3Cu (s) + 8HNO3 (aq) = 3Cu (NO 3) 2 (aq) + 2NO (g) + 4H2O (g)

Lösning... Den förkortade jonreaktionsekvationen är:

3Cu (s) + 8H + (aq) + 2N03- (aq) = 3Cu2+ (aq) + 2NO (g) + 4H2O (1).

Enligt Hess lag är reaktionens entalpi:

r H 0 = 4f H 0 (H2O (g)) + 2 f H 0 (NEJ (g)) + 3 f H 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 f H 0 (NO 3 - (aq))

(entalpierna för bildning av koppar och H+-jonen är per definition lika med 0). Genom att ersätta värdena för bildningsentalpierna (P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5:e upplagan, sid. C9-C15), finner vi:

r H 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ

(baserat på tre mol koppar).

Svar. -358,4 kJ.

Exempel 3-4. Beräkna entalpin för förbränning av metan vid 1000 K, givet bildningsentalpierna vid 298 K: f H O (CH4) = -17,9 kcal/mol, f H 0 (CO 2) = -94,1 kcal/mol, f H O (H2O (g)) = -57,8 kcal/mol. Värmekapaciteten hos gaser (i cal / (mol. K)) i intervallet från 298 till 1000 K är lika med:

Cp (CH4) = 3,422 + 0,0178. T, C sid(O2) = 6,095 + 0,0033. T,

Cp (CO2) = 6,396 + 0,0102. T, C sid(H2O (g)) = 7,188 + 0,0024. T.

Lösning... Entalpi av metanförbränningsreaktion

CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

vid 298 K är lika med:

94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kcal/mol.

Låt oss hitta skillnaden i värmekapacitet som funktion av temperaturen:

C sid = C sid(CO 2) + 2 C sid(H2O (g)) - C sid(CH 4) - 2 C sid(02) =
= 5.16 - 0.0094T(kal/(mol. K)).

Reaktionsentalpin vid 1000 K beräknas med Kirchhoffs ekvation:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2) / 2 = -192500 kal/mol.

Svar. -192,5 kcal/mol.

UPPGIFTER

3-1. Hur mycket värme krävs för att överföra 500 g Al (smp 658 о С, H 0 pl = 92,4 cal/g) taget vid rumstemperatur, till ett smält tillstånd om C sid(Al tv) = 0,183 + 1,096 10 -4 T cal / (g K)?

3-2. Standardentalpin för reaktionen CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g), som fortskrider i ett öppet kärl vid en temperatur av 1000 K, är 169 kJ/mol. Vad är värmen från denna reaktion som fortskrider vid samma temperatur, men i ett slutet kärl?

3-3. Beräkna standard inre energi för bildning av flytande bensen vid 298 K if standard entalpi dess bildning är 49,0 kJ/mol.

3-4. Beräkna entalpin för bildning av N 2 O 5 (g) vid T= 298 K baserat på följande data:

2NO (g) + O2 (g) = 2NO2 (g), H 10 = -114,2 kJ/mol,

4NO2 (g) + O2 (g) = 2N2O5 (g), H 20 = -110,2 kJ/mol,

N2 (g) + O2 (g) = 2NO (g), H 30 = 182,6 kJ/mol.

3-5. Entalpierna för förbränning av -glukos, -fruktos och sackaros vid 25 ° C är lika med -2802,
-2810 respektive -5644 kJ/mol. Beräkna värmen för sackaroshydrolys.

3-6. Bestäm entalpin för bildning av diboran B 2 H 6 (g) vid T= 298 K från följande data:

B2H6 (g) + 3O2 (g) = B2O3 (tv) + 3H2O (g), H 10 = -2035,6 kJ/mol,

2B (tv) + 3/2 O 2 (g) = B 2 O 3 (tv), H 20 = -1273,5 kJ/mol,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g), H 30 = -241,8 kJ/mol.

3-7. Beräkna värmen för bildning av zinksulfat från enkla ämnen vid T= 298 K baserat på följande data.

Träning 81.
Beräkna mängden värme som kommer att frigöras när Fe reduceras 2 O 3 metalliskt aluminium, om 335,1 g järn erhölls. Svar: 2543,1 kJ.
Lösning:
Reaktionsekvation:

= (Al2O3) - (Fe2O3) = -1669,8 - (- 822,1) = -847,7 kJ

Beräkningen av mängden värme som frigörs vid mottagandet av 335,1 g järn utförs från proportionen:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : NS; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,

där 55,85 är järnets atommassa.

Svar: 2543,1 kJ.

Värmeeffekt av reaktion

Uppgift 82.
Gasformig etanol C2H5OH kan erhållas genom interaktion av eten C2H4 (g) och vattenånga. Skriv den termokemiska ekvationen för denna reaktion, efter att tidigare ha beräknat dess termiska effekt. Svar: -45,76 kJ.
Lösning:
Reaktionsekvationen är:

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

Värdena för standardvärmen för bildning av ämnen anges i speciella tabeller. Med tanke på att värmen för bildning av enkla ämnen konventionellt tas lika med noll. Vi beräknar den termiska effekten av reaktionen, med hjälp av följden från Hess lag, får vi:

= (C2H5OH) - [(C2H4)+ (H2O)] =
= -235,1 - [(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Reaktionsekvationer där om symboler kemiska föreningar deras aggregationstillstånd eller kristallin modifiering anges, liksom numeriskt värde termiska effekter kallas termokemiska. I termokemiska ekvationer, om inte annat anges, indikeras värdena för termiska effekter vid konstant tryck Q p lika med förändringen i systemets entalpi. Värdet anges vanligtvis på höger sida av ekvationen, åtskilda av ett kommatecken eller semikolon. Följande förkortningar för ett ämnes aggregerade tillstånd har antagits: G- gasformig, f- vätska, Till

Om värme frigörs som ett resultat av reaktionen, då< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

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

Svar:-45,76 kJ.

Uppgift 83.
Beräkna den termiska effekten av reduktionen av järn(II)oxid med väte baserat på följande termokemiska ekvationer:

a) EeO (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) = H2O (g); = -241,83 kJ.
Svar: +27,99 kJ.

Lösning:
Reaktionsekvationen för reduktion av järn(II)oxid med väte har formen:

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

= (H2O) - [(FeO)

Vattnets bildningsvärme bestäms av ekvationen

H2 (g) + 1/202 (g) = H2O (g); = -241,83 kJ,

och bildningsvärmet för järn(II)oxid kan beräknas genom att subtrahera ekvation (a) från ekvation (b).

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

Svar:+27,99 kJ.

Uppgift 84.
När gasformigt vätesulfid och koldioxid interagerar bildas vattenånga och koldisulfid CS 2 (g). Skriv den termokemiska ekvationen för denna reaktion, beräkna först dess termiska effekt. Svar: +65,43 kJ.
Lösning:
G- gasformig, f- vätska, Till- kristallint. Dessa symboler utelämnas om tillståndet för aggregation av ämnen är uppenbart, till exempel О 2, Н 2, etc.
Reaktionsekvationen är:

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

Värdena för standardvärmen för bildning av ämnen anges i speciella tabeller. Med tanke på att värmen för bildning av enkla ämnen konventionellt tas lika med noll. Reaktionsvärmen kan beräknas med hjälp av följden e från Hess lag:

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

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

Svar:+65,43 kJ.

Termokemisk reaktions ekvation

Uppgift 85.
Skriv den termokemiska ekvationen för reaktionen mellan CO (g) och väte, som ett resultat av vilken CH 4 (g) och H 2 O (g) bildas. Hur mycket värme kommer att frigöras under denna reaktion om 67,2 liter metan erhålls i normala förhållanden? Svar: 618,48 kJ.
Lösning:
Reaktionsekvationerna där deras aggregerade tillstånd eller kristallin modifiering anges nära symbolerna för kemiska föreningar, såväl som det numeriska värdet av termiska effekter, kallas termokemiska. I termokemiska ekvationer, om inte annat anges, indikeras värdena för termiska effekter vid konstant tryck Q p lika med förändringen i systemets entalpi. Värdet anges vanligtvis på höger sida av ekvationen, åtskilda av ett kommatecken eller semikolon. Följande förkortningar för ett ämnes aggregerade tillstånd har antagits: G- gasformig, f- något, Till- kristallint. Dessa symboler utelämnas om tillståndet för aggregation av ämnen är uppenbart, till exempel О 2, Н 2, etc.
Reaktionsekvationen är:

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

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

Den termokemiska ekvationen kommer att ha formen:

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

Svar: 618,48 kJ.

Utbildningens hetta

Uppgift 86.
Värmeeffekten av vilken reaktion är lika med bildningsvärmet. Beräkna bildningsvärmet för NO med hjälp av följande termokemiska ekvationer:
a) 4NH3 (g) + 502 (g) = 4NO (g) + 6H2O (g); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3 (d) + 302 (d) = 2N2 (d) + 6H2O (g); = -1530,28 kJ
Svar: 90,37 kJ.
Lösning:
Standardbildningsvärmet är lika med reaktionsvärmet för bildningen av 1 mol av detta ämne från enkla ämnen under standardförhållanden (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). Bildandet av NO från enkla ämnen kan representeras enligt följande:

1/2N2 + 1/2O2 = NEJ

Given reaktion (a), där 4 mol NO bildas, och given reaktion (b), där 2 mol N2 bildas. Syre är involverat i båda reaktionerna. Därför, för att bestämma standardvärmet för bildning av NO, komponerar vi följande Hess-cykel, d.v.s. vi måste extrahera ekvation (a) från ekvation (b):

Således, 1/2N2 + 1/2O2 = NO; = +90,37 kJ.

Svar: 618,48 kJ.

Uppgift 87.
Kristallin ammoniumklorid bildas genom växelverkan mellan gasformig ammoniak och väteklorid. Skriv den termokemiska ekvationen för denna reaktion, efter att tidigare ha beräknat dess termiska effekt. Hur mycket värme kommer att frigöras om 10 liter ammoniak förbrukades i reaktionen sett till normala förhållanden? Svar: 78,97 kJ.
Lösning:
Reaktionsekvationerna där deras aggregerade tillstånd eller kristallin modifiering anges nära symbolerna för kemiska föreningar, såväl som det numeriska värdet av termiska effekter, kallas termokemiska. I termokemiska ekvationer, om inte annat anges, indikeras värdena för termiska effekter vid konstant tryck Q p lika med förändringen i systemets entalpi. Värdet anges vanligtvis på höger sida av ekvationen, åtskilda av ett kommatecken eller semikolon. Följande antas, Till- kristallint. Dessa symboler utelämnas om tillståndet för aggregation av ämnen är uppenbart, till exempel О 2, Н 2, etc.
Reaktionsekvationen är:

NH3 (g) + NCl (g) = NH4CI (q). ; =?

= (NH4CI) - [(NH3)+ (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Den termokemiska ekvationen kommer att ha formen:

Värmen som frigörs under reaktionen av 10 liter ammoniak vid denna reaktion bestäms från proportionen:

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

Svar: 78,97 kJ.

nedan indexen i hänvisa till utgångsämnena eller reagenserna och indexen j- till de slutliga ämnena eller reaktionsprodukterna; och - stökiometriska koefficienter i reaktionsekvationen för utgångsmaterialen respektive reaktionsprodukterna.

Exempel: Låt oss beräkna värmeeffekten av metanolsyntesreaktionen under standardbetingelser.

Lösning: För beräkningarna kommer vi att använda referensdata för standardbildningsvärmen för de ämnen som deltar i reaktionen (se tabell 44 på sidan 72 i referensboken).

Värmeeffekten av metanolsyntesreaktionen under standardförhållanden enligt den första konsekvensen av Hess lag (ekvation 1.15) är lika med:

Vid beräkning av de termiska effekterna av kemiska reaktioner är det nödvändigt att ta hänsyn till att den termiska effekten beror på reaktanternas aggregationstillstånd och på typen av registrering av reaktionens kemiska ekvation:

Enligt den andra följden från Hess lag kan den termiska effekten beräknas med hjälp av förbränningsvärmen Δ c H, som skillnaden mellan summan av förbränningsvärmen för utgångsmaterialen och reaktionsprodukterna (med hänsyn tagen till stökiometriska koefficienter):

där Δ r C sid- kännetecknar förändringen i systemets isobariska värmekapacitet som ett resultat av en kemisk reaktion och kallas temperaturkoefficienten för reaktionens termiska effekt.

Det följer av Kirchhoffs differentialekvation att beroendet av den termiska effekten på temperaturen bestäms av tecknet för Δ r C sid, dvs. beror på vilken som är störst, den totala värmekapaciteten hos utgångsmaterialen eller den totala värmekapaciteten hos reaktionsprodukterna. Låt oss analysera differentialekvation Kirchhoff.

1. Om temperaturkoefficienten Δ r C sid> 0, sedan derivatan > 0 och funktionen ökande. Följaktligen ökar den termiska effekten av reaktionen med ökande temperatur.

2. Om temperaturkoefficienten Δ r C sid< 0, то производная < 0 и функция minskar. Följaktligen minskar den termiska effekten av reaktionen med ökande temperatur.

3. Om temperaturkoefficienten Δ r C sid= 0, sedan derivatan = 0 och ... Följaktligen är reaktionsvärmet oberoende av temperaturen. Detta fall förekommer inte i praktiken.

Differentialekvationer är bekväma för analys, men obekväma för beräkningar. För att få en ekvation för att beräkna den termiska effekten av en kemisk reaktion, integrerar vi Kirchhoffs differentialekvation genom att dividera variablerna:

Ämnes värmekapacitet beror på temperaturen, därför ... Men i det temperaturintervall som vanligtvis används i kemiska processer är detta beroende inte signifikant. För praktiska ändamål använder de medelvärmekapaciteten hos ämnen i temperaturområdet från 298 K till en given temperatur , som ges i uppslagsböckerna. Temperaturkoefficient för termisk effekt beräknad med hjälp av genomsnittlig värmekapacitet:

Exempel: Låt oss beräkna värmeeffekten av metanolsyntesreaktionen vid en temperatur av 1000 K och standardtryck.

Lösning: För beräkningar kommer vi att använda referensdata om den genomsnittliga värmekapaciteten för de ämnen som deltar i reaktionen i temperaturområdet från 298 K till 1000 K (se tabell 40 på sidan 56 i referensboken):

Förändring i systemets genomsnittliga värmekapacitet som ett resultat av en kemisk reaktion:

Termodynamikens andra lag

En av kritiska uppgifter kemisk termodynamik är klarläggandet av den grundläggande möjligheten (eller omöjligheten) av en spontan förekomst av en kemisk reaktion i den övervägda riktningen. I de fall det framgår att det givna kemisk interaktion kan inträffa, är det nödvändigt att bestämma graden av omvandling av utgångsmaterialen och utbytet av reaktionsprodukterna, det vill säga reaktionens fullständighet

Riktningen av den spontana processen kan bestämmas utifrån den andra lagen eller början av termodynamiken, formulerad till exempel i form av Clausius postulat:

Värme i sig kan inte passera från en kall kropp till en varm, det vill säga en sådan process är omöjlig, vars enda resultat skulle vara överföringen av värme från en kropp med lägre temperatur till en kropp med högre temperatur.

Många formuleringar av termodynamikens andra lag har föreslagits. Thomson - Planck formulering:

Omöjligt är en evighetsmaskin av det andra slaget, det vill säga en sådan periodiskt fungerande maskin är omöjlig, vilket skulle göra det möjligt att få arbete endast genom att kyla värmekällan.

Den matematiska formuleringen av termodynamikens andra lag uppstod i analysen av driften av värmemotorer i verk av N. Carnot och R. Clausius.

Clausius införde statsfunktionen S, kallad entropi, vars förändring är lika med värmen reversibel process relaterat till temperatur

För vilken process som helst