Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Энергетика химических процессов (термохимические расчеты)




 

Химическая термодинамика – раздел химии, изучающий энергетические эффекты химических реакций, направление и пределы их самопроизвольного протекания.

При проведении химической реакции изменяется внутренняя энергия системы U. Внутренняя энергиявключает в себя все виды энергии системы (энергию движения и взаимодействия молекул, атомов, ядер, электронов и др. частиц, внутриядерную и др. виды энергии), кроме кинетической и потенциальной энергии системы в целом.

Изменение внутренней энергии можно измерить с помощью работы (A ) и теплоты (Q). Соотношение между этими величинами устанавливает первый закон термодинамики:

Q = ΔU + A,

т.е., теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работы против сил внешнего давления.

При постоянном давлении единственным видом работы является работа расширения, которая равна

A = pΔV.

Таким образом, первое начало термодинамики можно записать в виде:

Qp = ΔU + pΔV = U2 – U1 + p(V2 – V1) = (U2 + p V2)-( U1 + p V1).

Величина U + pV = H называется энтальпиейсистемы и является мерой теплосодержания системы.

Таким образом, при постоянном давлении тепловой эффект реакции равен изменению энтальпии:

Qp = H2 – H1 = ΔH

При постоянном объеме V2 = V1 и QV = ΔU. QV ≠ Qp, т.о., тепловой эффект процесса зависит от условий протекания процесса.

За стандартные условия в термодинамике принимают равенство температур продуктов и исходных веществ и давление, равное одной атмосфере (101, 325 кПа).

Тепловой эффект реакции, измеренный в стандартных условиях, называется стандартной энтальпией и обозначается ΔH0 . В обозначении может указываться абсолютная температура (Т), например ΔH0Т или ΔH0298 (при температуре 250С).

Тепловой эффект образования 1 моль сложного вещества из простых, называется теплотой образования вещества и обозначается ΔH0f, кДж/моль.

Термохимические расчеты основаны на законе Гесса: тепловой эффект реакции зависит только от природы физического состояния исходных и конечных веществ, но не зависит от пути перехода.

Из закона Гесса вытекают важные следствия, позволяющие вычислить тепловые эффекты почти всех процессов:

1 следствие: Тепловой эффект реакции не зависит от числа промежуточных стадий.

2 следствие: Теплота образования соединения равна, но противоположна по знаку теплоте его разложения.

3 следствие: Тепловой эффект реакции равен разности сумм теплот образования конечных и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

ΔH0х.р. = Σ nкон ΔH0f(кон) - Σ nисх ΔH0f(исх),

где ΔH0х.р. – тепловой эффект химической реакции, кДж;

nкон, nисх – стехиометрические коэффициенты;

ΔH0f(кон), ΔH0f(исх) – теплоты образования конечных и исходных веществ, кДж/моль.

Задача 1. При восстановлении 90 г оксида меди (II) углеродом образуется газообразный оксид углерода (IV) и чистая медь. При этом выделяется 39,1 кДж тепла. Напишите термохимическое уравнение этой реакции.

Решение. Уравнения реакций, в которых указан тепловой эффект, называют термохимическими. В термохимических уравнениях также указываются агрегатные состояния веществ: г - газообразное, ж – жидкое, к (т)– кристаллическое (твердое). Химическое уравнение данной в примере реакции:

2CuO(к)+C(к)=CO2(г)+2Cu(к)

Для записи термохимического уравнения необходимо рассчитать количество выделившегося тепла при восстановлении 2 моль CuO.

Mr (CuO)=63,5+16=79,5 г/моль.

Составляем пропорцию: при восстановлении 90г CuO выделилось 39,1 кДж тепла, а при восстановлении 2*79,5г CuO выделяется Q кДж тепла, т.е.

90 г CuO — 39,1 кДж

2·79,5 г CuO — Q кДж

 

кДж.

Если в результате реакции выделилась теплота, то ΔH<0.

Итак, термохимическое уравнение будет иметь следующий вид:

2CuO(к)+C(к)=CO2(г)+2Cu(к) ; ΔH°х.р.= –69,1 кДж.

Задача 2. Используя табличные данные, рассчитайте тепловой эффект реакции

B2O3(к)+3Mg(к)=2B(к)+3MgO(к).

Решение. Запишем третье следствие из закона Гесса для данной реакции.

ΔH0х.р.=Σ nкон ΔH0f(кон)- Σ nисх ΔH0f(исх) =(2ּΔH0f(B)+3ּΔH0f(MgO))-(ΔH0f(B2O3)+ 3ּΔH0f(Mg))

Для простых веществ H0f=0, для сложных веществ значения ΔH0f берем из таблиц, т.о., ΔH0f(B2O3)=-1254,0 кДж/моль;

ΔH0f(Mg)=0;

ΔH0f(B)=0;

ΔH0f(MgO)=-601,2 кДж/моль.

ΔH0х.р.=(2ּ0+3ּ(-601,2))-(-1254,0+3ּ0)= –549,6 кДж.

Таблица 1

Стандартные теплоты (энтальпии) образования ΔН0298 некоторых веществ

 

Вещество Состоя- ние ΔH0f( 298), кДж/моль Вещество Состоя-ние ΔH0f (298), кДж/моль
С2Н2 СS2 NO NO2 C6H6 C2H4 H2S NH3 CH4 C2H6 HCl MgO FeS2 г г г г г г г г г г г к к +226,8 +115,3 +90,4 +33,0 +82,9 +52,3 -20,2 -46,2 -74,9 -84,7 -92,3 -601,20 -163,20 CO CH3OH C2H5OH H2O H2O H2SO4 NH4Cl CO2 Fe2O3 TiO2 Ca(OH)2 Al2O3 B2O3 Na2O г г г г ж ж к г к к к к к к -110,5 -201,2 -235,3 -241,8 -285,8 -814,2 -315,4 -393,5 -822,1 -943,9 -986,5 -1669,8 -1254,0 -416,0

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Вычислите количество теплоты, которое выделилось при восстановлении Fe2O3 металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа.

2. Газообразный этиловый спирт C2H5OH можно получить при взаимодействии этилена C2H4(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, предварительно вычислив ее тепловой эффект. Ответ: -45,76 кДж.

3. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются па́ры воды и сероуглерод CS2(г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, предварительно вычислите ее тепловой эффект. Ответ: +65,43 кДж.

4. Напишите термохимическое уравнение реакции между CO(г) и водородом, в результате которой образуются CH4(г) и H2O(г). Сколько теплоты выделилось при этой реакции, если было получено 67,2 л (н.у.) метана? Ответ: 618,48 кДж.

5. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлороводорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, предварительно вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л (н.у.) аммиака? Ответ: 78,97 кДж.

6. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моль этана C2H6(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м3 (н.у.) этана? Ответ: 63742,86 кДж.

7. При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS. Ответ: -100,26 кДж/моль.

8. При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксида углерода. Вычислите теплоту образования C2H2(г). Ответ: 226,75 кДж/моль.

9. При получении одного эквивалента гидроксида кальция из CaO(к) и H2O(ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: -635,6 кДж/моль.

10. Для термохимического процесса

2O(т) + Н2О(ж) ® 2NaOH(т) ; ∆Н0= -153,6 кДж

рассчитайте стандартную энтальпию образования гидроксида натрия NaOH;

11. Для термохимического процесса

2NO (г) + O2 (г) ® 2NO2 (г) ; ∆Н0= -114,7 кДж

рассчитайте стандартную энтальпию образования оксида азота (II);

 

12. Для термохимического процесса

4NH3(г)+5O2(г)=4NO(г)+6H2O(г) ; ∆Н0= -906,5 кДж

рассчитайте стандартную энтальпию образования аммиака;

13. Для термохимического процесса

2HNO3(ж) + S(т) =H2SO4(ж) + 2NO(г) ; ∆Н0= −285,3 кДж

рассчитайте стандартную энтальпию образования азотной кислоты;

14. Для термохимического процесса

4NH3(г) + 3О2(г) = 2N2(г) + 6Н2О(ж); ∆Н0= −1532 кДж

рассчитайте стандартную энтальпию образования аммиака;

15. Для термохимического процесса

4FeS2(т) + 11О2(г) = 2Fe2O3(т) + 8SO2(г) ; ∆Н0= -3369,2 кДж

рассчитайте стандартную энтальпию образования сульфида железа FeS2;

 

vikidalka.ru - 2015-2017 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных