Υπολογισμός της θερμικής επίδρασης της αντίδρασης. Υπολογισμοί σύμφωνα με θερμοχημικές εξισώσεις

Η θερμοχημεία μελετά τις θερμικές επιδράσεις των χημικών αντιδράσεων. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτές οι αντιδράσεις προχωρούν σε σταθερό όγκο ή σταθερή πίεση. Από τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής προκύπτει ότι, υπό αυτές τις συνθήκες, η θερμότητα είναι συνάρτηση της κατάστασης. Σε σταθερό όγκο, η θερμότητα είναι ίση με τη μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας:

και σε σταθερή πίεση - μια αλλαγή στην ενθαλπία:

Αυτές οι ισότητες, όταν εφαρμόζονται σε χημικές αντιδράσεις, είναι η ουσία του Ο νόμος του Hess:

Η θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης που εξελίσσεται σε σταθερή πίεση ή σταθερό όγκο δεν εξαρτάται από την πορεία της αντίδρασης, αλλά καθορίζεται μόνο από την κατάσταση των αντιδρώντων και των προϊόντων της αντίδρασης.

Με άλλα λόγια, η θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης είναι ίση με τη μεταβολή της συνάρτησης κατάστασης.
Στη θερμοχημεία, σε αντίθεση με άλλες εφαρμογές της θερμοδυναμικής, η θερμότητα θεωρείται θετική εάν απελευθερώνεται στο περιβάλλον, δηλ. αν H < 0 или U < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение H(που ονομάζεται απλώς «ενθαλπία της αντίδρασης») ή Uαντιδράσεις.

Αν η αντίδραση προχωρήσει σε διάλυμα ή σε στερεά φάση, όπου η μεταβολή του όγκου είναι αμελητέα, τότε

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

Εάν στην αντίδραση συμμετέχουν ιδανικά αέρια, τότε σε σταθερή θερμοκρασία

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

όπου n είναι η μεταβολή του αριθμού των γραμμομορίων αερίων στην αντίδραση.

Προκειμένου να διευκολυνθεί η σύγκριση των ενθαλπιών διαφορετικών αντιδράσεων, χρησιμοποιείται η έννοια της «τυποποιημένης κατάστασης». Η τυπική κατάσταση είναι η κατάσταση μιας καθαρής ουσίας σε πίεση 1 bar (= 10 5 Pa) και δεδομένη θερμοκρασία. Για τα αέρια, αυτή είναι μια υποθετική κατάσταση σε πίεση 1 bar, η οποία έχει τις ιδιότητες ενός απείρως εξευγενισμένου αερίου. Η ενθαλπία της αντίδρασης μεταξύ ουσιών σε πρότυπες καταστάσεις σε θερμοκρασία Τ, δηλώνουν ( rσημαίνει «αντίδραση»). Στις θερμοχημικές εξισώσεις δεν υποδεικνύονται μόνο οι τύποι των ουσιών, αλλά και οι αθροιστικές τους καταστάσεις ή οι κρυσταλλικές τροποποιήσεις.

Σημαντικές συνέπειες προκύπτουν από τον νόμο του Hess, ο οποίος καθιστά δυνατό τον υπολογισμό των ενθαλπιών των χημικών αντιδράσεων.

Συνέπεια 1.

ισούται με τη διαφορά μεταξύ των τυπικών ενθαλπιών σχηματισμού προϊόντων αντίδρασης και αντιδραστηρίων (λαμβάνοντας υπόψη τους στοιχειομετρικούς συντελεστές):

Τυπική ενθαλπία (θερμότητα) σχηματισμού μιας ουσίας (φάσημαίνει "σχηματισμός") σε μια δεδομένη θερμοκρασία είναι η ενθαλπία της αντίδρασης σχηματισμού ενός mol αυτής της ουσίας από τα στοιχείαστην πιο σταθερή τυπική κατάσταση. Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό, η ενθαλπία σχηματισμού των πιο σταθερών απλών ουσιών στην τυπική κατάσταση είναι 0 σε οποιαδήποτε θερμοκρασία. Στα βιβλία αναφοράς δίνονται τυπικές ενθαλπίες σχηματισμού ουσιών σε θερμοκρασία 298 Κ.

Οι έννοιες της «ενθαλπίας σχηματισμού» χρησιμοποιούνται όχι μόνο για συνηθισμένες ουσίες, αλλά και για ιόντα σε διάλυμα. Σε αυτή την περίπτωση, το ιόν Η+ λαμβάνεται ως σημείο αναφοράς, για το οποίο η τυπική ενθαλπία σχηματισμού σε ένα υδατικό διάλυμα θεωρείται ίση με μηδέν:

Συνέπεια 2. Τυπική ενθαλπία μιας χημικής αντίδρασης

ισούται με τη διαφορά μεταξύ των ενθαλπιών καύσης των αντιδρώντων και των προϊόντων αντίδρασης (λαμβάνοντας υπόψη τους στοιχειομετρικούς συντελεστές):

(ντοσημαίνει «καύση»). Η τυπική ενθαλπία (θερμότητα) καύσης μιας ουσίας ονομάζεται ενθαλπία της αντίδρασης πλήρους οξείδωσης ενός mole μιας ουσίας. Αυτή η συνέπεια χρησιμοποιείται συνήθως για τον υπολογισμό των θερμικών επιδράσεων των οργανικών αντιδράσεων.

Συνέπεια 3. Η ενθαλπία μιας χημικής αντίδρασης είναι ίση με τη διαφορά μεταξύ των ενεργειών των σπασμένων και σχηματισμένων χημικών δεσμών.

Με ενέργεια δεσμού Α-Β ονομάστε την ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει ο δεσμός και να αραιώσει τα σωματίδια που προκύπτουν σε άπειρη απόσταση:

AB (r) A (r) + B (r) .

Η ενέργεια του δεσμού είναι πάντα θετική.

Τα περισσότερα θερμοχημικά δεδομένα στα εγχειρίδια δίνονται σε θερμοκρασία 298 K. Για τον υπολογισμό των θερμικών επιδράσεων σε άλλες θερμοκρασίες, χρησιμοποιήστε εξίσωση Kirchhoff:

(διαφορική μορφή) (3.7)

(ολοκληρωμένη μορφή) (3.8)

όπου Cpείναι η διαφορά μεταξύ της ισοβαρικής θερμικής ικανότητας των προϊόντων αντίδρασης και των πρώτων υλών. Αν η διαφορά Τ 2 - ΤΤο 1 είναι μικρό, τότε μπορείτε να το αποδεχτείτε Cp= συνθ. Με μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε την εξάρτηση από τη θερμοκρασία Cp(Τ) τύπος:

όπου συντελεστές ένα, σι, ντοκαι τα λοιπά. για μεμονωμένες ουσίες, λαμβάνονται από το βιβλίο αναφοράς και το σύμβολο υποδηλώνει τη διαφορά μεταξύ προϊόντων και αντιδραστηρίων (λαμβάνοντας υπόψη τους συντελεστές).

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ

Παράδειγμα 3-1.Οι τυπικές ενθαλπίες σχηματισμού υγρού και αερίου νερού στους 298 Κ είναι -285,8 και -241,8 kJ/mol, αντίστοιχα. Υπολογίστε την ενθαλπία της εξάτμισης του νερού σε αυτή τη θερμοκρασία.

Λύση. Οι ενθαλπίες σχηματισμού αντιστοιχούν στις ακόλουθες αντιδράσεις:

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.

Η δεύτερη αντίδραση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε δύο στάδια: πρώτα, κάψτε το υδρογόνο για να σχηματιστεί υγρό νερό σύμφωνα με την πρώτη αντίδραση και στη συνέχεια εξατμίστε το νερό:

H 2 O (g) \u003d H 2 O (g), H 0 Ισπανικά = ?

Στη συνέχεια, σύμφωνα με το νόμο του Hess,

H 1 0 + H 0 Ισπανικά = H 2 0 ,

όπου H 0 Ισπανικά \u003d -241,8 - (-285,8) \u003d 44,0 kJ / mol.

Απάντηση. 44,0 kJ/mol.

Παράδειγμα 3-2.Υπολογίστε την ενθαλπία της αντίδρασης

6C (g) + 6H (g) \u003d C 6 H 6 (g)

α) σύμφωνα με τις ενθαλπίες σχηματισμού· β) με δεσμευτικές ενέργειες, υποθέτοντας ότι οι διπλοί δεσμοί στο μόριο C 6 H 6 είναι σταθεροί.

Λύση. α) Οι ενθαλπίες σχηματισμού (σε kJ/mol) βρίσκονται στο εγχειρίδιο (π.χ. P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5η έκδοση, σελ. C9-C15): fH 0 (C 6 H 6 (g)) = 82,93, fH 0 (C (g)) = 716,68, fH 0 (Η (g)) = 217,97. Η ενθαλπία της αντίδρασης είναι:

r H 0 \u003d 82,93 - 6 716,68 - 6 217,97 \u003d -5525 kJ / mol.

β) Σε αυτή την αντίδραση, οι χημικοί δεσμοί δεν σπάνε, αλλά μόνο σχηματίζονται. Στην προσέγγιση σταθερού διπλού δεσμού, ένα μόριο C 6 H 6 περιέχει 6 δεσμούς C-H, 3 δεσμούς C-C και 3 δεσμούς C=C. Ενέργειες δεσμών (σε kJ/mol) (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5η έκδοση, σελ. Γ7): μι(C-H) = 412, μι(C-C) = 348, μι(C=C) = 612. Η ενθαλπία της αντίδρασης είναι:

r H 0 \u003d - (6 412 + 3 348 + 3 612) \u003d -5352 kJ / mol.

Η διαφορά με το ακριβές αποτέλεσμα των -5525 kJ / mol οφείλεται στο γεγονός ότι στο μόριο του βενζολίου δεν υπάρχουν απλοί δεσμοί C-C και διπλοί δεσμοί C=C, αλλά υπάρχουν 6 αρωματικοί δεσμοί C C.

Απάντηση. α) -5525 kJ/mol; β) -5352 kJ/mol.

Παράδειγμα 3-3.Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα αναφοράς, υπολογίστε την ενθαλπία της αντίδρασης

3Cu (tv) + 8HNO 3(aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)

Λύση. Η συντομευμένη εξίσωση ιοντικής αντίδρασης είναι:

3Cu (tv) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) \u003d 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).

Σύμφωνα με το νόμο του Hess, η ενθαλπία της αντίδρασης είναι:

r H 0 = 4fH 0 (H 2 O (l)) + 2 fH 0 (NO(g)) + 3 fH 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 fH 0 (NO 3 - (υδ.))

(οι ενθαλπίες σχηματισμού του χαλκού και του ιόντος Η+ είναι, εξ ορισμού, 0). Αντικαθιστώντας τις ενθαλπίες σχηματισμού (P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5η έκδοση, σελ. C9-C15), βρίσκουμε:

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

(με βάση τρεις μολύβια χαλκού).

Απάντηση. -358,4 kJ.

Παράδειγμα 3-4.Υπολογίστε την ενθαλπία καύσης του μεθανίου στους 1000 K αν δίνονται οι ενθαλπίες σχηματισμού στους 298 K: fH 0 (CH 4) \u003d -17,9 kcal / mol, fH 0 (CO 2) \u003d -94,1 kcal / mol, fH 0 (H 2 O (g)) = -57,8 kcal / mol. Οι θερμοχωρητικότητες των αερίων (σε cal/(mol. K)) στην περιοχή από 298 έως 1000 K είναι:

Cp (CH4) = 3,422 + 0,0178. Τ, Cp(Ο 2) = 6,095 + 0,0033. Τ,

C p (CO 2) \u003d 6,396 + 0,0102. Τ, Cp(Η2Ο (g)) = 7,188 + 0,0024. Τ.

Λύση. Ενθαλπία αντίδρασης καύσης μεθανίου

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

στους 298 K είναι:

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

Ας βρούμε τη διαφορά στις θερμικές ικανότητες ως συνάρτηση της θερμοκρασίας:

Cp = Cp(CO2) + 2 Cp(H 2 O (g)) - Cp(CH 4) - 2 Cp(Ο2) =
= 5.16 - 0.0094Τ(cal/(mol. K)).

Υπολογίζουμε την ενθαλπία αντίδρασης στα 1000 K χρησιμοποιώντας την εξίσωση Kirchhoff:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2) / 2 \u003d -192500 θερμίδες / mol.

Απάντηση. -192,5 kcal/mol.

ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ

3-1. Πόση θερμότητα απαιτείται για τη μεταφορά 500 g Al (mp. 658 o C, H 0 pl \u003d 92,4 cal / g), λαμβάνεται σε θερμοκρασία δωματίου, σε λιωμένη κατάσταση, εάν Cp(Al TV) \u003d 0,183 + 1,096 10 -4 Τ cal/(g K);

3-2. Η τυπική ενθαλπία της αντίδρασης CaCO 3 (tv) \u003d CaO (tv) + CO 2 (g), που διεξάγεται σε ανοιχτό δοχείο σε θερμοκρασία 1000 K, είναι 169 kJ / mol. Ποια είναι η θερμότητα αυτής της αντίδρασης, που εξελίσσεται στην ίδια θερμοκρασία, αλλά σε κλειστό δοχείο;

3-3. Υπολογίστε την τυπική εσωτερική ενέργεια σχηματισμού υγρού βενζολίου στους 298 K αν η τυπική ενθαλπία σχηματισμού του είναι 49,0 kJ/mol.

3-4. Υπολογίστε την ενθαλπία σχηματισμού του N 2 O 5 (g) στο Τ= 298 K με βάση τα ακόλουθα δεδομένα:

2NO (g) + O 2 (g) \u003d 2NO 2 (g), H 1 0 \u003d -114,2 kJ / mol,

4NO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2N 2 O 5 (g), H 2 0 \u003d -110,2 kJ / mol,

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g), H 3 0 = 182,6 kJ/mol.

3-5. Οι ενθαλπίες καύσης -γλυκόζης, φρουκτόζης και σακχαρόζης στους 25°C είναι -2802,
-2810 και -5644 kJ/mol, αντίστοιχα. Υπολογίστε τη θερμότητα υδρόλυσης της σακχαρόζης.

3-6. Προσδιορίστε την ενθαλπία σχηματισμού διβορανίου B 2 H 6 (g) στο Τ= 298 K από τα ακόλουθα δεδομένα:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g), H 1 0 \u003d -2035,6 kJ / mol,

2B (τηλεόραση) + 3/2 O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (τηλεόραση), H 2 0 \u003d -1273,5 kJ / mol,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 3 0 \u003d -241,8 kJ / mol.

3-7. Υπολογίστε τη θερμότητα σχηματισμού του θειικού ψευδαργύρου από απλές ουσίες στο Τ= 298 K με βάση τα ακόλουθα δεδομένα.

Η θερμότητα της αντίδρασης (θερμική επίδραση της αντίδρασης) είναι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ή απορροφάται Q. Εάν απελευθερώνεται θερμότητα κατά την αντίδραση, μια τέτοια αντίδραση ονομάζεται εξώθερμη, εάν απορροφάται θερμότητα, η αντίδραση ονομάζεται ενδόθερμη.

Η θερμότητα της αντίδρασης προσδιορίζεται με βάση τον πρώτο νόμο (αρχή) της θερμοδυναμικής,του οποίου η μαθηματική έκφραση στην απλούστερη μορφή της για χημικές αντιδράσεις είναι η εξίσωση:

Q = ΔU + ρΔV (2.1)

όπου Q είναι η θερμότητα της αντίδρασης, ΔU η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας, p η πίεση, ΔV η μεταβολή του όγκου.

Ο θερμοχημικός υπολογισμός συνίσταται στον προσδιορισμό της θερμικής επίδρασης της αντίδρασης.Σύμφωνα με την εξίσωση (2.1), η αριθμητική τιμή της θερμότητας της αντίδρασης εξαρτάται από τη μέθοδο εφαρμογής της. Σε μια ισοχωρική διεργασία που πραγματοποιείται σε V=const, η θερμότητα της αντίδρασης Q V =Δ U, σε ισοβαρική διεργασία σε p=const θερμική επίδραση Q P =Δ H.Έτσι, ο θερμοχημικός υπολογισμός είναι σετον προσδιορισμό του ποσού της αλλαγής είτε στην εσωτερική ενέργεια είτε στην ενθαλπία κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης. Δεδομένου ότι η συντριπτική πλειονότητα των αντιδράσεων διεξάγεται υπό ισοβαρικές συνθήκες (για παράδειγμα, όλες αυτές είναι αντιδράσεις σε ανοιχτά δοχεία που προχωρούν σε ατμοσφαιρική πίεση), όταν φέρνουμε θερμοχημικούς υπολογισμούς, το ΔΝ υπολογίζεται σχεδόν πάντα . Αν έναΔ H<0, то реакция экзотермическая, если же Δ Η>0, τότε η αντίδραση είναι ενδόθερμη.

Οι θερμοχημικοί υπολογισμοί γίνονται χρησιμοποιώντας είτε το νόμο του Hess, σύμφωνα με τον οποίο η θερμική επίδραση μιας διεργασίας δεν εξαρτάται από την πορεία της, αλλά καθορίζεται μόνο από τη φύση και την κατάσταση των αρχικών ουσιών και προϊόντων της διαδικασίας, ή, τις περισσότερες φορές, συνέπεια του νόμου του Hess: η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης είναι ίση με το άθροισμα των θερμοτήτων (ενθαλπίες) ο σχηματισμός προϊόντων μείον το άθροισμα των θερμοτήτων (ενθαλπίες) σχηματισμού των αντιδρώντων.

Σε υπολογισμούς σύμφωνα με το νόμο του Hess, χρησιμοποιούνται οι εξισώσεις των βοηθητικών αντιδράσεων, των οποίων οι θερμικές επιδράσεις είναι γνωστές. Η ουσία των πράξεων στους υπολογισμούς σύμφωνα με το νόμο του Hess είναι ότι τέτοιες αλγεβρικές πράξεις εκτελούνται στις εξισώσεις των βοηθητικών αντιδράσεων που οδηγούν σε μια εξίσωση αντίδρασης με άγνωστο θερμικό αποτέλεσμα.

Παράδειγμα 2.1. Προσδιορισμός της θερμότητας αντίδρασης: 2CO + O 2 \u003d 2CO 2 ΔH - ?

Χρησιμοποιούμε τις αντιδράσεις ως βοηθητικές: 1) C + O 2 \u003d C0 2;Δ Η1 = -393,51 kJ και 2) 2C + O2 = 2CO;Δ H 2 \u003d -220,1 kJ, όπουΔ N/iΔ H 2 - θερμικές επιδράσεις βοηθητικών αντιδράσεων. Χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις αυτών των αντιδράσεων, μπορεί κανείς να λάβει την εξίσωση για μια δεδομένη αντίδραση εάν η βοηθητική εξίσωση 1) πολλαπλασιαστεί επί δύο και η εξίσωση 2) ​​αφαιρεθεί από το αποτέλεσμα. Επομένως, η άγνωστη θερμότητα μιας δεδομένης αντίδρασης είναι:

Δ H = 2Δ H1-Δ H 2 \u003d 2 (-393,51) - (-220,1) \u003d -566,92 kJ.

Εάν στον θερμοχημικό υπολογισμό χρησιμοποιείται συνέπεια του νόμου του Hess, τότε για την αντίδραση που εκφράζεται με την εξίσωση aA+bB=cC+dD, χρησιμοποιείται η σχέση:

ΔΝ =(σΔΝοbr,с + dΔHobr D) - (αΔΝοbr A + bΔΝ arr,c) (2.2)

όπου ΔΝ είναι η θερμότητα της αντίδρασης. ΔH o br - θερμότητα (ενθαλπία) σχηματισμού, αντίστοιχα, των προϊόντων αντίδρασης C και D και των αντιδραστηρίων Α και Β. c, d, a, b - στοιχειομετρικοί συντελεστές.

Η θερμότητα (ενθαλπία) του σχηματισμού μιας ένωσης είναι η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης κατά την οποία σχηματίζεται 1 mol αυτής της ένωσης από απλές ουσίες που βρίσκονται σε θερμοδυναμικά σταθερές φάσεις και τροποποιήσεις 1 *. Για παράδειγμα , η θερμότητα σχηματισμού του νερού σε κατάσταση ατμού είναι ίση με το ήμισυ της θερμότητας της αντίδρασης, εκφραζόμενη με την εξίσωση: 2H 2 (g)+ Περίπου 2 (δ)= 2Η2Ο(g).Η μονάδα θερμότητας σχηματισμού είναι kJ/mol.

Στους θερμοχημικούς υπολογισμούς, οι θερμότητες των αντιδράσεων προσδιορίζονται συνήθως για τυπικές συνθήκες, για τις οποίες ο τύπος (2.2) έχει τη μορφή:

ΔН°298 = (σΔΝ° 298, arr, С + dΔH° 298, o 6 p, D) - (αΔΝ° 298, arr A + bΔΝ° 298, arr, c)(2.3)

όπου ΔH° 298 είναι η τυπική θερμότητα αντίδρασης σε kJ (η τυπική τιμή υποδεικνύεται με τον εκθέτη "0") σε θερμοκρασία 298K, και ΔH° 298,arr είναι οι τυπικές θερμότητες (ενθαλπίες) σχηματισμού επίσης σε θερμοκρασία των 298 χιλ. Τιμές ΔH° 298 rev.ορίζονται για όλες τις συνδέσεις και είναι δεδομένα πίνακα. 2 * - δείτε τον πίνακα εφαρμογών.

Παράδειγμα 2.2. Υπολογισμός τυπικής θερμότητας σελμι μετοχές που εκφράζονται με την εξίσωση:

4NH 3 (r) + 5O 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H 2 O (g).

Σύμφωνα με το συμπέρασμα του νόμου του Hess, γράφουμε 3*:

Δ H 0 298 = (4Δ H 0 298. o b p . Όχι + 6∆H0 298. κωδικός Ν20) - 4∆H0 298 αρ. NH h. Αντικαθιστώντας τις πινακικές τιμές των τυπικών θερμοτήτων σχηματισμού των ενώσεων που παρουσιάζονται στην εξίσωση, παίρνουμε:Δ H °298= (4(90,37) + 6(-241,84)) - 4(-46,19) = - 904,8 kJ.

Το αρνητικό πρόσημο της θερμότητας της αντίδρασης δείχνει ότι η διαδικασία είναι εξώθερμη.

Στη θερμοχημεία, συνηθίζεται να υποδεικνύονται τα θερμικά αποτελέσματα στις εξισώσεις αντίδρασης. Τέτοιος Οι εξισώσεις με καθορισμένη θερμική επίδραση ονομάζονται θερμοχημικές.Για παράδειγμα, η θερμοχημική εξίσωση της αντίδρασης που εξετάζεται στο παράδειγμα 2.2 γράφεται:

4NH3 (g) + 50 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H20 (g);Δ H° 29 8 = - 904,8 kJ.

Εάν οι συνθήκες διαφέρουν από τις τυπικές, σε πρακτικούς θερμοχημικούς υπολογισμούς επιτρέπει Xiaχρήση προσέγγισης:Δ H ≈Δ Νο 298 (2.4)Η έκφραση (2.4) αντανακλά την ασθενή εξάρτηση της θερμότητας της αντίδρασης από τις συνθήκες εμφάνισής της.

εδώ και παρακάτω ευρετήρια ΕγώΑνατρέξτε στις αρχικές ουσίες ή αντιδραστήρια και στους δείκτες ι- στις τελικές ουσίες ή προϊόντα αντίδρασης. και είναι οι στοιχειομετρικοί συντελεστές στην εξίσωση αντίδρασης για τα υλικά έναρξης και τα προϊόντα αντίδρασης, αντίστοιχα.

Παράδειγμα:Ας υπολογίσουμε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης σύνθεσης μεθανόλης υπό τυπικές συνθήκες.

Λύση:Για υπολογισμούς, θα χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα αναφοράς για τις τυπικές θερμότητες σχηματισμού των ουσιών που εμπλέκονται στην αντίδραση (βλ. Πίνακας 44 στη σελίδα 72 του βιβλίου αναφοράς).

Η θερμική επίδραση της αντίδρασης σύνθεσης μεθανόλης υπό τυπικές συνθήκες, σύμφωνα με την πρώτη συνέπεια του νόμου Hess (εξίσωση 1.15), είναι:

Κατά τον υπολογισμό των θερμικών επιδράσεων μιας χημικής αντίδρασης, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι η θερμική επίδραση εξαρτάται από την κατάσταση συσσωμάτωσης των αντιδρώντων και από τον τύπο καταγραφής της χημικής εξίσωσης της αντίδρασης:

Σύμφωνα με το δεύτερο συμπέρασμα του νόμου του Hess, το θερμικό αποτέλεσμα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τις θερμότητες της καύσης ∆ c H, ως η διαφορά μεταξύ των αθροισμάτων θερμότητας καύσης των αρχικών ουσιών και προϊόντων αντίδρασης (λαμβάνοντας υπόψη τους στοιχειομετρικούς συντελεστές):

όπου ∆ r C p- χαρακτηρίζει τη μεταβολή της ισοβαρικής θερμοχωρητικότητας του συστήματος ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης και ονομάζεται συντελεστής θερμοκρασίας της θερμικής επίδρασης της αντίδρασης.

Από τη διαφορική εξίσωση Kirchhoff προκύπτει ότι η εξάρτηση της θερμικής επίδρασης από τη θερμοκρασία προσδιορίζεται από το πρόσημο Δ r C p, δηλ. εξαρτάται από το ποια είναι μεγαλύτερη, η συνολική θερμοχωρητικότητα των πρώτων υλών ή η συνολική θερμοχωρητικότητα των προϊόντων αντίδρασης. Ας αναλύσουμε τη διαφορική εξίσωση Kirchhoff.

1. Αν ο συντελεστής θερμοκρασίας Δ r C p> 0, μετά η παράγωγος > 0 και συνάρτηση αυξανόμενη. Επομένως, η θερμική επίδραση της αντίδρασης αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.

2. Αν ο συντελεστής θερμοκρασίας Δ r C p< 0, то производная < 0 и функция μειώνεται. Επομένως, η θερμική επίδραση της αντίδρασης μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.

3. Αν ο συντελεστής θερμοκρασίας Δ r C p= 0, τότε η παράγωγος = 0 και . Επομένως, η θερμική επίδραση της αντίδρασης δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Αυτή η περίπτωση δεν συμβαίνει στην πράξη.

Οι διαφορικές εξισώσεις είναι βολικές για ανάλυση, αλλά άβολες για υπολογισμούς. Για να λάβουμε μια εξίσωση για τον υπολογισμό της επίδρασης θερμότητας μιας χημικής αντίδρασης, ενσωματώνουμε τη διαφορική εξίσωση Kirchhoff διαιρώντας τις μεταβλητές:

Οι θερμικές ικανότητες των ουσιών εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, επομένως, και . Ωστόσο, στο εύρος των θερμοκρασιών που χρησιμοποιούνται συνήθως σε χημικές-τεχνολογικές διεργασίες, αυτή η εξάρτηση δεν είναι σημαντική. Για πρακτικούς σκοπούς, οι μέσες θερμοχωρητικότητες των ουσιών χρησιμοποιούνται στο εύρος θερμοκρασίας από 298 K έως μια δεδομένη θερμοκρασία. δίνονται στα βιβλία αναφοράς. Συντελεστής θερμοκρασίας θερμικής επίδρασης που υπολογίζεται χρησιμοποιώντας μέσες θερμικές ικανότητες:

Παράδειγμα:Ας υπολογίσουμε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης σύνθεσης μεθανόλης σε θερμοκρασία 1000 K και τυπική πίεση.

Λύση:Για υπολογισμούς, θα χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα αναφοράς σχετικά με τις μέσες θερμικές ικανότητες των ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση στο εύρος θερμοκρασίας από 298 K έως 1000 K (βλ. Πίνακας 40 στη σελίδα 56 του βιβλίου αναφοράς):

Αλλαγή στη μέση θερμοχωρητικότητα του συστήματος ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης:

Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής

Ένα από τα πιο σημαντικά καθήκοντα της χημικής θερμοδυναμικής είναι να διευκρινίσει τη θεμελιώδη πιθανότητα (ή την αδυναμία) της αυθόρμητης εμφάνισης μιας χημικής αντίδρασης προς την κατεύθυνση που εξετάζουμε. Σε εκείνες τις περιπτώσεις που γίνεται σαφές ότι αυτή η χημική αλληλεπίδραση μπορεί να συμβεί, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί ο βαθμός μετατροπής των πρώτων υλών και η απόδοση των προϊόντων αντίδρασης, δηλαδή η πληρότητα της αντίδρασης

Η κατεύθυνση της αυθόρμητης διαδικασίας μπορεί να προσδιοριστεί με βάση τον δεύτερο νόμο ή την αρχή της θερμοδυναμικής, που διατυπώνεται, για παράδειγμα, με τη μορφή του αξιώματος Clausius:

Η θερμότητα από μόνη της δεν μπορεί να περάσει από ένα ψυχρό σώμα σε ένα ζεστό, δηλαδή μια τέτοια διαδικασία είναι αδύνατη, το μόνο αποτέλεσμα της οποίας θα ήταν η μεταφορά θερμότητας από ένα σώμα με χαμηλότερη θερμοκρασία σε ένα σώμα με υψηλότερη θερμοκρασία.

Έχουν προταθεί πολλές διατυπώσεις του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής. Σκεύασμα Thomson-Planck:

Μια μηχανή αέναης κίνησης του δεύτερου είδους είναι αδύνατη, δηλαδή, είναι αδύνατη μια τέτοια περιοδική μηχανή λειτουργίας που θα επέτρεπε να επιτευχθεί εργασία μόνο με ψύξη της πηγής θερμότητας.

Η μαθηματική διατύπωση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής προέκυψε στην ανάλυση της λειτουργίας των θερμικών μηχανών στα έργα των N. Carnot και R. Clausius.

Ο Clausius εισήγαγε τη λειτουργία του κράτους μικρό, που ονομάζεται εντροπία, η μεταβολή της οποίας είναι ίση με τη θερμότητα της αναστρέψιμης διαδικασίας, που αναφέρεται στη θερμοκρασία

Για οποιαδήποτε διαδικασία

(1.22)

Η έκφραση που προκύπτει είναι μια μαθηματική έκφραση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής.

Εργασία #6

Υπολογίστε τη μέση θερμοχωρητικότητα της ουσίας που δίνεται στον πίνακα. 6, στο εύρος θερμοκρασίας από 298 έως ΤΠΡΟΣ ΤΗΝ.

Πίνακας 6

	Ουσία			Ουσία

Λύση:

Εξετάστε τον υπολογισμό της μέσης θερμοχωρητικότητας της αμμωνίας στο εύρος θερμοκρασίας από 298 έως 800 ΠΡΟΣ ΤΗΝ.

Θερμοχωρητικότητα- αυτή είναι η αναλογία της ποσότητας θερμότητας που απορροφάται από το σώμα κατά τη θέρμανση προς την αύξηση της θερμοκρασίας που συνοδεύει τη θέρμανση. Για μια μεμονωμένη ουσία, υπάρχουν ειδικός(ένα κιλό) και τραπεζίτης(ένα mole) θερμοχωρητικότητα.

Πραγματική θερμοχωρητικότητα

, (21)

όπου δ Q είναι η απειροελάχιστη ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός σώματος κατά ένα απειροελάχιστο ποσό dT .

Μέση θερμοχωρητικότηταείναι η αναλογία της θερμότητας Qστην άνοδο της θερμοκρασίας ∆ Τ = Τ 2 – Τ 1 ,

.

Εφόσον η θερμότητα δεν είναι συνάρτηση κατάστασης και εξαρτάται από τη διαδρομή της διεργασίας, είναι απαραίτητο να καθοριστούν οι συνθήκες για την πραγματοποίηση της διαδικασίας θέρμανσης. Σε ισοχωρικές και ισοβαρικές διεργασίες για απειροελάχιστη μεταβολή δ Q V = dU και δ Q Π = dH, να γιατί

και
. (22)

Σύνδεση μεταξύ αληθινό ισοχορικό(ΑΠΟ V) και ισοβαρής (ντο Π) θερμικές ικανότητεςουσίες και μέση τιμήισοχωρικός
και ισοβαρική
θερμικές ικανότητεςστο εύρος θερμοκρασίας από Τ 1 πριν Τ 2 εκφράζεται με τις εξισώσεις (23) και (24):

; (23)

. (24)

Οι εξαρτήσεις της πραγματικής θερμοχωρητικότητας από τη θερμοκρασία εκφράζονται με τις ακόλουθες εμπειρικές εξισώσεις:

; (για ανόργανες ουσίες) (25)

. (για οργανικές ουσίες) (26)

Ας χρησιμοποιήσουμε το βιβλίο αναφοράς φυσικών και χημικών μεγεθών. Ας γράψουμε τους συντελεστές (a, b, c) της εξίσωσης για την εξάρτηση της ισοβαρικής θερμοχωρητικότητας της αμμωνίας από τη θερμοκρασία:

Πίνακας 7

Ουσία
		σι·δέκα 3	ντο / ·δέκα –5

Γράφουμε την εξίσωση για την εξάρτηση της πραγματικής θερμοχωρητικότητας της αμμωνίας από τη θερμοκρασία:

.

Αντικαθιστούμε αυτή την εξίσωση με τον τύπο (24) και υπολογίζουμε τη μέση θερμοχωρητικότητα της αμμωνίας:

= 1/(800-298)
=

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

Εργασία #7

Για τη χημική αντίδραση που δίνεται στον πίνακα. 2, σχεδιάστε το άθροισμα των θερμικών ικανοτήτων των προϊόντων αντίδρασης ως συνάρτηση της θερμοκρασίας
και το άθροισμα των θερμοχωρητικοτήτων των αρχικών ουσιών στη θερμοκρασία
. Εξισώσεις εξάρτησης
πάρτε το από το εγχειρίδιο. Υπολογίστε τη μεταβολή της θερμοχωρητικότητας κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης (
) σε θερμοκρασίες 298 K, 400 K και ΤΚ (Πίνακας 6).

Λύση:

Ας υπολογίσουμε τη μεταβολή της θερμοχωρητικότητας σε θερμοκρασίες 298 K, 400 K και 600 K χρησιμοποιώντας την αντίδραση σύνθεσης αμμωνίας ως παράδειγμα:

Ας γράψουμε τους συντελεστές (a, b, c, c /) 1 των εξισώσεων για την εξάρτηση της πραγματικής θερμοχωρητικότητας της αμμωνίας από τη θερμοκρασία για τις αρχικές ουσίες και τα προϊόντα αντίδρασης, λαμβάνοντας υπόψη τους στοιχειομετρικούς συντελεστές . Ας υπολογίσουμε το άθροισμα των συντελεστών. Για παράδειγμα, το άθροισμα των συντελεστών έναγια πρώτες ύλες ισούται με

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

Το άθροισμα των συντελεστών έναγια τα προϊόντα αντίδρασης είναι

= 2 29,8 = 59,6.

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

Πίνακας 8

Ουσία			σι·δέκα 3	ντο / ·δέκα – 5	s 10 6
αρχικός ουσίες
( , , )
( , , )
, ,

Έτσι, η εξίσωση εξάρτησης

για τα προϊόντα αντίδρασης έχει την ακόλουθη μορφή:

\u003d 59,60 + 50,96 10 -3 T - 3,34 10 5 / T 2.

Να σχεδιάσετε την εξάρτηση του αθροίσματος της θερμοχωρητικότητας των προϊόντων αντίδρασης από τη θερμοκρασία
Υπολογίστε το άθροισμα των θερμικών ικανοτήτων σε διάφορες θερμοκρασίες:

Στο T = 298 K

\u003d 59,60 + 50,96 10 -3 298 - 3,34 10 5 / 298 2 \u003d 71,03 J / K;

Στο Τ = 400 Κ
= 77,89 J/K;

Στο T = 600 K
= 89,25 J/K.

Εξίσωση εξάρτησης
για πρώτες ύλες έχει τη μορφή:

\u003d 109,72 + 14,05 10 -3 T + 1,50 10 -5 / T 2.

Ομοίως υπολογίζουμε
πρώτες ύλες σε διάφορες θερμοκρασίες:

Στο T=298 K

\u003d 109,72 + 14,05 10 -3 298 + 1,50 10 5 / 298 2 \u003d 115,60 J / K;

Στο T = 400 K
= 116,28 J/K;

Στο T = 600 K
= 118,57 J/K.

Στη συνέχεια, υπολογίζουμε τη μεταβολή της ισοβαρικής θερμοχωρητικότητας
κατά τη διάρκεια της αντίδρασης σε διάφορες θερμοκρασίες:

\u003d -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.

Με βάση τις υπολογισμένες τιμές, κατασκευάζουμε γραφήματα των εξαρτήσεων του αθροίσματος των θερμοχωρητικοτήτων των προϊόντων αντίδρασης και του αθροίσματος των θερμοχωρητικοτήτων των αρχικών ουσιών από τη θερμοκρασία.

Σχήμα 2. Εξαρτήσεις της συνολικής θερμικής ικανότητας των αρχικών ουσιών και προϊόντων αντίδρασης από τη θερμοκρασία για την αντίδραση σύνθεσης αμμωνίας

Σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας, η συνολική θερμοχωρητικότητα των πρώτων υλών είναι μεγαλύτερη από τη συνολική θερμοχωρητικότητα των προϊόντων, επομένως,
σε όλο το εύρος θερμοκρασίας από 298 K έως 600 K.

Εργασία #8

Υπολογίστε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης που δίνεται στον πίνακα. 2, σε θερμοκρασία ΤΚ (Πίνακας 6).

Λύση:

Ας υπολογίσουμε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης σύνθεσης αμμωνίας σε θερμοκρασία 800°C ΠΡΟΣ ΤΗΝ.

Εξάρτηση θερμικής επίδρασης
η απόκριση θερμοκρασίας περιγράφει ο νόμος του Kirchhoff

, (27)

όπου
- αλλαγή στη θερμοχωρητικότητα του συστήματος κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Ας αναλύσουμε την εξίσωση:

1) Αν
> 0, δηλ. το άθροισμα των θερμικών ικανοτήτων των προϊόντων αντίδρασης είναι μεγαλύτερο από το άθροισμα των θερμοχωρητικοτήτων των πρώτων υλών, τότε > 0,. εθισμός
αυξάνεται και με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνεται το θερμικό αποτέλεσμα.

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

3) Αν
= 0, λοιπόν = 0, το θερμικό αποτέλεσμα δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία.

Σε ολοκληρωμένη μορφή, η εξίσωση Kirchhoff έχει την ακόλουθη μορφή:

. (28)

α) εάν η θερμοχωρητικότητα δεν αλλάξει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, δηλ. το άθροισμα των θερμικών ικανοτήτων των προϊόντων αντίδρασης είναι ίσο με το άθροισμα των θερμοχωρητικοτήτων των πρώτων υλών (
), τότε το θερμικό αποτέλεσμα δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία

= συνθ.

β) για κατά προσέγγιση υπολογισμόςμπορούμε να παραμελήσουμε την εξάρτηση της θερμικής ικανότητας από τη θερμοκρασία και να χρησιμοποιήσουμε τις τιμές της μέσης θερμικής ικανότητας των συμμετεχόντων στην αντίδραση (
). Σε αυτή την περίπτωση, ο υπολογισμός γίνεται σύμφωνα με τον τύπο

γ) για ακριβής υπολογισμόςαπαιτούνται δεδομένα για την εξάρτηση της θερμοχωρητικότητας όλων των συμμετεχόντων στην αντίδραση από τη θερμοκρασία
. Σε αυτή την περίπτωση, το θερμικό αποτέλεσμα υπολογίζεται από τον τύπο

(30)

Καταγράφουμε τα δεδομένα αναφοράς (Πίνακας 9) και υπολογίζουμε τις αλλαγές στις αντίστοιχες τιμές για κάθε στήλη κατ' αναλογία με την εργασία Νο. 7). Χρησιμοποιούμε τα δεδομένα που λαμβάνονται για να υπολογίσουμε:

Κατά προσέγγιση:

\u003d -91880 + (-31,88) (800 - 298) \u003d -107883,8 J \u003d - 107,88 kJ.

\u003d -91880 + (-50,12) (800 - 298) + 1/2 36,91 10 -3 (800 2 - 298 2) +

- (-4,84 10 5) (1/800 - 1/298) \u003d - 107815 J \u003d - 107,82 kJ.

Για την αντίδραση σύνθεσης αμμωνίας, η μεταβολή της θερμοχωρητικότητας κατά τη διάρκεια της αντίδρασης
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

Πίνακας 9

	Ουσία			Άθροισμα προϊόντων αντίδρασης	Ποσότητα για αρχικές ουσίες	Αλλαγή στην πορεία μιας αντίδρασης
,				=	=	=
, J/(mol K)				=	=	=
				=	=	=
				=	=	=
				=	= 1,5	=
				= 0	= 0	= 0

Ασκηση 81.
Να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας που θα εκλυθεί κατά την αναγωγή του Fe 2O3 μεταλλικό αλουμίνιο εάν ελήφθησαν 335,1 g σιδήρου. Απάντηση: 2543,1 kJ.
Λύση:
Εξίσωση αντίδρασης:

\u003d (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) \u003d -1669,8 - (-822,1) \u003d -847,7 kJ

Υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται κατά τη λήψη 335,1 g σιδήρου, παράγουμε από την αναλογία:

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

όπου 55,85 είναι η ατομική μάζα του σιδήρου.

Απάντηση: 2543,1 kJ.

Θερμική επίδραση της αντίδρασης

Εργασία 82.
Η αέρια αιθυλική αλκοόλη C2H5OH μπορεί να ληφθεί με την αλληλεπίδραση αιθυλενίου C 2 H 4 (g) και υδρατμών. Να γράψετε τη θερμοχημική εξίσωση αυτής της αντίδρασης, έχοντας προηγουμένως υπολογίσει τη θερμική της επίδραση. Απάντηση: -45,76 kJ.
Λύση:
Η εξίσωση της αντίδρασης είναι:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C2H 5 OH (g); = ?

Οι τιμές των τυπικών θερμοτήτων σχηματισμού ουσιών δίνονται σε ειδικούς πίνακες. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι θερμότητες σχηματισμού απλών ουσιών λαμβάνονται υπό όρους ίσες με μηδέν. Υπολογίστε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης, χρησιμοποιώντας τη συνέπεια του νόμου του Hess, παίρνουμε:

\u003d (C 2 H 5 OH) - [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] \u003d
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Οι εξισώσεις αντίδρασης στις οποίες οι καταστάσεις συσσωμάτωσης ή κρυσταλλικής τροποποίησης υποδεικνύονται κοντά στα σύμβολα των χημικών ενώσεων, καθώς και η αριθμητική τιμή των θερμικών επιδράσεων, ονομάζονται θερμοχημικές. Στις θερμοχημικές εξισώσεις, εκτός εάν ορίζεται διαφορετικά, οι τιμές των θερμικών επιδράσεων σε σταθερή πίεση Q p υποδεικνύονται ίσες με τη μεταβολή της ενθαλπίας του συστήματος. Η τιμή δίνεται συνήθως στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης, χωρισμένη με κόμμα ή ερωτηματικό. Γίνονται αποδεκτές οι ακόλουθες συντομογραφίες για τη συνολική κατάσταση της ύλης: σολ- αέριο, και- υγρό, προς την

Εάν η θερμότητα απελευθερωθεί ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης, τότε< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.

Απάντηση:- 45,76 kJ.

Εργασία 83.
Υπολογίστε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης αναγωγής του οξειδίου του σιδήρου (II) με το υδρογόνο, με βάση τις ακόλουθες θερμοχημικές εξισώσεις:

α) EEO (c) + CO (g) \u003d Fe (c) + CO 2 (g). = -13,18 kJ;
β) CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
γ) H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O (g); = -241,83 kJ.
Απάντηση: +27,99 kJ.

Λύση:
Η εξίσωση αντίδρασης για την αναγωγή του οξειδίου του σιδήρου (II) με το υδρογόνο έχει τη μορφή:

EeO (k) + H2 (g) \u003d Fe (k) + H2O (g); = ?

\u003d (H2O) - [ (FeO)

Η θερμότητα σχηματισμού του νερού δίνεται από την εξίσωση

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

και η θερμότητα σχηματισμού του οξειδίου του σιδήρου (II) μπορεί να υπολογιστεί εάν η εξίσωση (α) αφαιρεθεί από την εξίσωση (β).

\u003d (γ) - (β) - (α) \u003d -241,83 - [-283.o - (-13,18)] \u003d + 27,99 kJ.

Απάντηση:+27,99 kJ.

Εργασία 84.
Κατά την αλληλεπίδραση αερίου υδρόθειου και διοξειδίου του άνθρακα, σχηματίζονται υδρατμοί και δισουλφίδιο του άνθρακα СS 2 (g). Γράψτε τη θερμοχημική εξίσωση αυτής της αντίδρασης, υπολογίστε προκαταρκτικά τη θερμική της επίδραση. Απάντηση: +65,43 kJ.
Λύση:
σολ- αέριο, και- υγρό, προς την- κρυσταλλικό. Αυτά τα σύμβολα παραλείπονται εάν η αθροιστική κατάσταση των ουσιών είναι προφανής, για παράδειγμα, O 2, H 2 κ.λπ.
Η εξίσωση της αντίδρασης είναι:

2H2S (g) + CO2 (g) \u003d 2H2O (g) + CS2 (g); = ?

Οι τιμές των τυπικών θερμοτήτων σχηματισμού ουσιών δίνονται σε ειδικούς πίνακες. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι θερμότητες σχηματισμού απλών ουσιών λαμβάνονται υπό όρους ίσες με μηδέν. Το θερμικό αποτέλεσμα της αντίδρασης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το συμπέρασμα e από τον νόμο Hess:

\u003d (H2O) + (CS2) - [(H2S) + (CO2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H2S (g) + CO2 (g) \u003d 2H2O (g) + CS2 (g); = +65,43 kJ.

Απάντηση:+65,43 kJ.

Εξίσωση θερμοχημικής αντίδρασης

Εργασία 85.
Να γράψετε τη θερμοχημική εξίσωση για την αντίδραση μεταξύ CO (g) και υδρογόνου, ως αποτέλεσμα της οποίας σχηματίζονται CH 4 (g) και H 2 O (g). Πόση θερμότητα θα απελευθερωθεί κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης εάν ληφθούν 67,2 λίτρα μεθανίου σε κανονικές συνθήκες; Απάντηση: 618,48 kJ.
Λύση:
Οι εξισώσεις αντίδρασης στις οποίες οι καταστάσεις συσσωμάτωσης ή κρυσταλλικής τροποποίησης υποδεικνύονται κοντά στα σύμβολα των χημικών ενώσεων, καθώς και η αριθμητική τιμή των θερμικών επιδράσεων, ονομάζονται θερμοχημικές. Στις θερμοχημικές εξισώσεις, εκτός αν αναφέρεται συγκεκριμένα, οι τιμές των θερμικών επιδράσεων σε σταθερή πίεση Q p υποδεικνύονται ίσες με τη μεταβολή της ενθαλπίας του συστήματος. Η τιμή δίνεται συνήθως στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης, χωρισμένη με κόμμα ή ερωτηματικό. Γίνονται αποδεκτές οι ακόλουθες συντομογραφίες για τη συνολική κατάσταση της ύλης: σολ- αέριο, και- κάτι προς την- κρυσταλλικό. Αυτά τα σύμβολα παραλείπονται εάν η αθροιστική κατάσταση των ουσιών είναι προφανής, για παράδειγμα, O 2, H 2 κ.λπ.
Η εξίσωση της αντίδρασης είναι:

CO (g) + 3H2 (g) \u003d CH4 (g) + H2O (g); = ?

Οι τιμές των τυπικών θερμοτήτων σχηματισμού ουσιών δίνονται σε ειδικούς πίνακες. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι θερμότητες σχηματισμού απλών ουσιών λαμβάνονται υπό όρους ίσες με μηδέν. Το θερμικό αποτέλεσμα της αντίδρασης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το συμπέρασμα e από τον νόμο Hess:

\u003d (H2O) + (CH4) - (CO)];
\u003d (-241,83) + (-74,84) - (-110,52) \u003d -206,16 kJ.

Η θερμοχημική εξίσωση θα μοιάζει με:

22,4 : -206,16 = 67,2 : Χ; x \u003d 67,2 (-206,16) / 22? 4 \u003d -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.

Απάντηση: 618,48 kJ.

Θερμότητα Σχηματισμού

Εργασία 86.
Η θερμική επίδραση της οποίας η αντίδραση είναι ίση με τη θερμότητα σχηματισμού. Υπολογίστε τη θερμότητα σχηματισμού ΝΟ από τις ακόλουθες θερμοχημικές εξισώσεις:
α) 4NH3 (g) + 5O2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H2O (g); = -1168,80 kJ;
β) 4NH3 (g) + 3O2 (g) \u003d 2N2 (g) + 6H2O (g); = -1530,28 kJ
Απάντηση: 90,37 kJ.
Λύση:
Η τυπική θερμότητα σχηματισμού είναι ίση με τη θερμότητα σχηματισμού 1 mol αυτής της ουσίας από απλές ουσίες υπό τυπικές συνθήκες (T = 298 K, p = 1,0325,105 Pa). Ο σχηματισμός ΝΟ από απλές ουσίες μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

1/2N 2 + 1/2O 2 = ΟΧΙ

Δίνεται η αντίδραση (α) στην οποία σχηματίζονται 4 γραμμομόρια ΝΟ και δίνεται η αντίδραση (β) στην οποία σχηματίζονται 2 γραμμομόρια Ν2. Και οι δύο αντιδράσεις περιλαμβάνουν οξυγόνο. Επομένως, για να προσδιορίσουμε την τυπική θερμότητα σχηματισμού του ΝΟ, συνθέτουμε τον ακόλουθο κύκλο Hess, δηλαδή πρέπει να αφαιρέσουμε την εξίσωση (a) από την εξίσωση (b):

Έτσι, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90,37 kJ.

Απάντηση: 618,48 kJ.

Εργασία 87.
Το κρυσταλλικό χλωριούχο αμμώνιο σχηματίζεται από την αλληλεπίδραση της αέριας αμμωνίας και του υδροχλωρίου. Να γράψετε τη θερμοχημική εξίσωση αυτής της αντίδρασης, έχοντας προηγουμένως υπολογίσει τη θερμική της επίδραση. Πόση θερμότητα θα απελευθερωθεί αν καταναλωθούν 10 λίτρα αμμωνίας στην αντίδραση σε κανονικές συνθήκες; Απάντηση: 78,97 kJ.
Λύση:
Οι εξισώσεις αντίδρασης στις οποίες οι καταστάσεις συσσωμάτωσης ή κρυσταλλικής τροποποίησης υποδεικνύονται κοντά στα σύμβολα των χημικών ενώσεων, καθώς και η αριθμητική τιμή των θερμικών επιδράσεων, ονομάζονται θερμοχημικές. Στις θερμοχημικές εξισώσεις, εκτός αν αναφέρεται συγκεκριμένα, οι τιμές των θερμικών επιδράσεων σε σταθερή πίεση Q p υποδεικνύονται ίσες με τη μεταβολή της ενθαλπίας του συστήματος. Η τιμή δίνεται συνήθως στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης, χωρισμένη με κόμμα ή ερωτηματικό. Γίνονται δεκτά τα ακόλουθα προς την- κρυσταλλικό. Αυτά τα σύμβολα παραλείπονται εάν η αθροιστική κατάσταση των ουσιών είναι προφανής, για παράδειγμα, O 2, H 2 κ.λπ.
Η εξίσωση της αντίδρασης είναι:

NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (k). ; = ?

Οι τιμές των τυπικών θερμοτήτων σχηματισμού ουσιών δίνονται σε ειδικούς πίνακες. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι θερμότητες σχηματισμού απλών ουσιών λαμβάνονται υπό όρους ίσες με μηδέν. Το θερμικό αποτέλεσμα της αντίδρασης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το συμπέρασμα e από τον νόμο Hess:

\u003d (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Η θερμοχημική εξίσωση θα μοιάζει με:

Η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την αντίδραση 10 λίτρων αμμωνίας σε αυτή την αντίδραση προσδιορίζεται από την αναλογία:

22,4 : -176,85 = 10 : Χ; x \u003d 10 (-176,85) / 22,4 \u003d -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.

Απάντηση: 78,97 kJ.