Теплота реакції і термохімічні розрахунки - студопедія
Теплотою реакції (тепловим ефектом реакції) називається кількість виділеної або поглиненої теплоти Q. Якщо в ході реакції теплота виділяється, така реакція називається ек-зотерміческой, якщо теплота поглинається, реакція називається ендотермічної.
Теплота реакції визначається, виходячи з першого закону (початку) термодинаміки, матема-тичних виразом якого в його найбільш простій формі для хімічних реакцій є рівнян-ня:
Q = # 916; U + р # 916; V (2.1)
де Q - теплота реакції, # 916; U - зміна внутрішньої енергії, р-тиск, # 916; V - зміна обсягу.
Термохимический розрахунок полягає у визначенні теплового ефекту реакції. У соот-но до рівнянням (2.1) числове значення теплоти реакції залежить від способу її проведення. У Ізохоричний процесі, проведеному при V = const, теплота реакції QV = # 916; U, в изобарном процесі при p = const парниковий ефект QP = # 916; H. Таким чином, термохимический розрахунок заключаетсяв визначенні величини зміни або внутрішньої енергії, або ентальпії в ході реакції. Оскільки переважна більшість реакцій протікає в ізобарних умовах (наприклад, це все реакції у відкритих сосу-дах. Протікають при атмосферному тиску), при приведенні термохімічних розрахунків практіческівсегда проводиться розрахунок # 916; Н. якщо # 916; Н<0, то реакция экзотермическая, если же ΔН>0, то ре-акція ендотермічна.
Термохімічні розрахунки проводяться, використовуючи або закон Гесса, згідно з яким тепловий ефект процесу не залежить від його шляху, а визначається лише природою і станом результат-них речовин і продуктів процесу, або, найчастіше, наслідок із закону Гесса: тепловий ефект реакції дорівнює сумі теплот (ентальпій) утворення продуктів за вирахуванням суми теплот (ентальпій) утворення реагентів.
У розрахунках за законом Гесса використовуються рівняння допоміжних реакцій, теплові ефекти-ти яких відомі. Суть операцій при розрахунках за законом Гесса полягає в тому, що над уравне-нями допоміжних реакцій виробляють такі алгебраїчні дії, які призводять до рівнян-рівняно реакції з невідомим тепловим ефектом.
В якості допоміжних використовуємо реакції: 1) З + О2 = С02; # 916; Н1 = -393,51 кДж і 2) 2С + О2 = 2СО; # 916; Н2 = -220,1 кДж, де # 916; Н / і # 916; Н2 - теплові ефекти допоміжних реакцій. Використовуючи рівняння цих реакцій, можна отримати рівняння заданої реакції, якщо допоміжні-ве рівняння 1) помножити на два і з отриманого результату відняти рівняння 2). Тому неіз-Вестн теплота заданої реакції дорівнює:
Якщо в термохімічної розрахунку використовується наслідок із закону Гесса, то для реакції, Вира-женной рівнянням aA + bB = cC + dD, користуються співвідношенням:
де # 916; Н - теплота реакції; # 916; Нoбр - теплоти (ентальпії) освіти, відповідно, продуктів реак-ції С і D і реагентів А і В; с, d, a, b - стехіометричні коефіцієнти.
Теплотою (ентальпією) утворення з'єднання називається тепловий ефект реакції, в ході якої утворюється 1 моль цього з'єднання з простих речовин, що знаходяться в термодіна-мически стійких фазах і модифікаціях 1 *. Наприклад, теплота утворення води в пароподібному стані дорівнює половині теплоти реакції, яка виражається рівнянням: 2Н2 (г) + О2 (г) = 2Н2 О (г) .раз-мірність теплоти освіти - кДж / моль.
В термохімічних розрахунках теплоти реакцій, як правило, визначаються для стандартних ус-ловий, для яких формула (2.2) набуває вигляду:
де # 916; Н ° 298 - стандартна теплота реакції в кДж (стандартність величини вказується верхнім індекс інфляції-сом "0") при температурі 298К, а # 916; Н ° 298, обр - стандартні теплоти (ентальпії) освіти також при температурі 298К.Значенія # 916; Н ° 298.обР .определени для всіх з'єднань і є табличний-ми даними. 2 * - див. Таблицю додатка.
Приклад 2.2.Расчёт стандартної теплоти р еакціі, вираженої рівнянням:
Згідно зі слідством із закону Гесса записуємо 3 *:
# 916; Н 0 298 = (4 # 916; Н 0 298.oбp.No + 6 # 916; H 0 298. одр.Н20) - 4 # 916; H 0 298 обр.NHз. Підставивши табличні значення стандартних теплот утворення сполук, представлених в рівнянні, отримаємо: # 916; Н ° 298 = (4 (90,37) + 6 (-241,84)) - 4 (-46,19) = - 904,8 кДж.
Негативний знак теплоти реакції вказує на екзотермічність процесу.
У термохіміі теплові ефекти прийнято вказувати в рівняннях реакцій. Такіеуравненія з позначеним тепловим ефектом називаються термохімічними. Наприклад, термохімічне рівняння розглянутої в прикладі 2.2 реакції записується:
Якщо умови відрізняються від стандартних, в практичних термохімічних розрахунках допускає-ся використання наближення: # 916; Н ≈ # 916; Н ° 298 (2.4) Вираз (2.4) відображає слабку залежність величини теплоти реакції від умов її протікання.