ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.
Тепловой эффект химической реакции есть количество выделившейся или поглотившейся энергии в ходе реакции. Если в ходе реакции энергия выделяется, то реакцию называют экзотермической; если в ходе реакции энергия поглощается, то реакцию называют эндотермической (1 Калория = 4,19 Джоуль). Уравнения химических реакций, в которых в левой части равенства приведены исходные вещества, а в правой – продукты реакции и тепловой эффект, называются термохимическими уравнениями. Если в ходе реакции энергия (Q) выделяется, то в термохимическом уравнении её записывают со знаком «+»; если энергия поглощается, то её записывают со знаком «-». Выделяющаяся или поглощаемая при прохождении реакции теплота может рассматриваться как продукт реакции, и её записывают вместе с продуктами реакции с правой стороны уравнения реакции:
2Н2,газ + О2,газ = 2Н2О газ + 480 кДж (V= const).
Термохимические уравнения можно переписывать в обратном направлении, сделав исходные вещества продуктами реакции, а продукты – исходными, но при этом знак теплового эффекта изменяется на противоположный:
2Н2О газ = 2Н2,газ + О2,газ - 480 кДж (V= const). Величина теплового эффекта зависит от количеств участвующих в реакции веществ. В написанных реакциях тепловой эффект 480 кДж относится к двум молям воды. Уравнение образования воды можно переписать так, чтобы образовалось не 2 моль воды, а 1 моль:
Н2,газ + 0,5 О2,газ = Н2О газ + 240 кДж (V= const).
Реакция, написанная так, не означает взаимодействия половины молекулы кислорода с молекулой водорода, а означает, что при реакции 0,5 моль О2 с 1 моль Н2 образуется 1 моль Н2О и выделяется при этом 240 кДж теплоты (V= const). Величина теплового эффекта зависит от агрегатного состояния участвующих в реакции веществ, поэтому снизу за формулой вещества указывают его состояние (газообразное, жидкое, кристаллическое):
Н2,газ + 0,5 О2,газ = Н2О газ + 240 кДж (V= const).
Н2,газ + 0,5 О2,газ = Н2О ж + 282,4 кДж (V= const)
Н2,газ + 0,5 О2,газ = Н2О к + 283 кДж (V= const).
ЗАКОН ГЕССА. Важным выражением закона сохранения энергии является закон Гесса, сформулированный русским химиком Г.И. Гессом в 1840 г.: Изменение энтальпии (по другому, тепловой эффект химической реакции) зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов и не зависит от пути перехода. Закон Гесса точен только для процессов, протекающих при постоянном давлении или объёме: алгебраические операции можно производить только с энергетическими эффектами одного вида (D U, D Н, Qр, Qv). Раньше пользовались понятием «тепловой эффект, Q», а в современной научной литературе и в большинстве справочников пользуются понятием «изменение энтальпии, Δ Н», или просто «энтальпия, Н». Изменение энтальпии равно взятому с противоположным знаком тепловому эффекту реакции, проведенной при постоянной температуре и давлении. В термодинамике подводимое к системе и поглощенное ею тепло считается положительным (Δ Н > 0), а выделяемое тепло – отрицательным (Δ Н < 0). Обратите внимание: Втермохимии принята противоположная система знаков. При расчетах энтальпий на основе закона Гесса особое значение имеют два вида энтальпий – энтальпия образования и энтальпия сгорания. Энтальпией образования называется энтальпия реакции образования химического соединения из простых веществ, устойчивых при данных условиях. Например, энтальпия образования SiO2 равна 859 кДж. Это значит, что при соединении 1 моль кремния и 1 моль кислорода происходит уменьшение энтальпии на 859 кДж (выделяется 859 кДж тепла):
Si к + О2, г = SiO2,к Δ Н обр. SiO2, к = - 859 кДж.
Энтальпия образования CaO:
Са к + 0,5 О2, г = СаО к Δ Н обр. СаО к = - 636 кДж
Энтальпия образования силиката кальция:
Са к + Si к + 1,5 О2,г = СаSiО3, к Δ Н обр. СаSiО3 к = - 1585 кДж
Энтальпии образования относят к молю образующегося соединения и приводятся для стандартных условий: температура 25ОС (298 К) и давление 1 атм (760 мм рт. ст.). Энтальпии образования при стандартных условиях называют стандартными энтальпиями образования из простых веществ (для краткости они называются энтальпиями образования и обозначаются Δ Н 0обр.). Энтальпия реакции равна разности суммы энтальпий образования продуктов реакции и суммы энтальпий образования исходных веществ. Все энтальпии следует брать с коэффициентами, равными коэффициентам перед формулами веществ в рассматриваемом уравнении реакции. Энтальпии образования простых веществ в их наиболее устойчивых состояниях при стандартных условиях и стандартной температуре по определению равны нулю. Например, энтальпии образования Н2,г, О2,г, Feк, Caк равны нулю. Углерод при 298 К может существовать в виде графита и алмаза. Так как графит устойчивее алмаза, Δ Н0 обр. графит = 0 кДж / моль, в то время как Δ Н0 обр. алмаз = 2,1 кДж / моль.
Вычислим энтальпию реакции оксидов кальция и кремния с образованием силиката кальция:
CaOк + SiO2,к = СаSiO3,к Δ Н0 реакции СаОк = Сак + 0,5 О2,г - Δ Н0 обр. СаОк + SiO2,к = Siк + О2,г - Δ Н0 обр. SiО2,к
Сак + Siк + 1,5 О2,г = СаSiO3,к Δ Н0 обр. СаSiО3,к --------------------------------------------------------------------- CaOк + SiO2,к = СаSiO3,к Δ Н0 реакции =
= Δ Н0 обр. СаSiО3,к - (ΔН0 обр. СаОк + ΔН0 обр. SiО2,к) =
= -1584 – (- 637 – 859) = - 88 кДж.
Если через ∑ Δ Н0 обр.прод. обозначить сумму энтальпий образования продуктов реакции, а через ∑ Δ Н0 обр.исход. такую же сумму для исходных веществ, то энтальпия реакции равна (8):
Δ Н0 реакции = ∑ Δ Н0 обр.прод. - ∑ Δ Н0 обр.исход. (8) По уравнению (8) можно рассчитать любую из содержащихся в нем энтальпий, если известны значения остальных. Энтальпией сгорания называется энтальпия реакции взаимодействия соединения с кислородом с образованием высших стабильных окислов соответствующих элементов (Н2Ож, СО2,г, SiО2,к). По энтальпиям сгорания всех веществ, участвующих в реакции, можно рассчитать энтальпию самой реакции. В примере с комбинированием энтальпий сгорания алмаза и графита для вычисления энтальпии превращения алмаза в графит получено:
Δ Н0 превр = Δ Н0 сгор. алмаз - Δ Н0 сгор. графит.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|