загрузка...
загрузка...
На головну

Термохимия

  1. ГЛАВА 1. Перший закон термодинаміки. Термохимия

Закон Гесса становить теоретичну основу термохіміі.

термохімією називають розділ хімічної термодинаміки, в якому розглядається застосування закону Гесса для обчислення теплових ефектів різних фізико-хімічних процесів: хімічних реакцій, процесів розчинення, кристалізації та інших.

тепловим ефектом хімічної реакції називається кількість теплоти, що виділяється або поглинається при незворотному протіканні реакції, коли єдиною роботою є робота розширення. При цьому температури вихідних речовин і продуктів реакції повинні бути однакові.

Тепловий ефект реакції залежить від агрегатного стану реагентів, тому в термохімічних рівняннях вказують агрегатний стан речовини. Прийнято два види позначень - дужками або літерними індексами: [] або (т) - тверді речовини;

{} Або (ж) - рідкі речовини;

() Або (г) - газоподібні речовини.

При записи термохімічного рівняння вказують також тепловий ефект реакції, застосовуючи одну з двох форм запису:

а) підсумовуючи парниковий ефект безпосередньо в правій частині рівняння (при цьому знак "плюс" означає, що теплота виділяється в результаті реакції);

б) записуючи його окремо під термохимическим рівнянням, як це показано в наведеному нижче прикладі, (1.27), при цьому знак "плюс" означає, що тепло поглинається системою, а знак "мінус", що процес є екзотермічним.

Приклад термохімічного рівняння:

 (1.26)

DH ° = -66,5 кДж / моль (1.27)

Реакція йде з виділенням тепла, тобто є екзотермічної.

Для того щоб порівнювати теплові ефекти різних процесів і виробляти термохимические розрахунки, необхідно привести їх до якихось однакових умов. Для цього введено поняття "Стандартні умови", "стандартний стан" речовини і "Стандартний тепловий ефект". за стандартні умови прийняті Т = 298К (25 ° С) і Р = 1,013 ? 105 Па (1 атм.). стандартним станом речовини називають найбільш стійке фізичний стан в стандартних умовах. Стандартний тепловий ефект - Це тепловий ефект при стандартних умовах. Його позначають індексом "°", наприклад, DU °, DH °, cм. рівняння (1.27).

Велике практичне значення закону Гесса полягає в тому, що, користуючись ним, можна обчислювати невідому теплоту реакції шляхом комбінування термохімічних рівнянь інших реакцій, для яких теплові ефекти відомі. Це особливо важливо, коли експериментально визначити теплоту реакції неможливо.

приклад

Згоряння вуглецю, як відомо, можливо до СО і до СО2:

1) C(T) + 1/2 O2 ® СО(Г) + DН1

2) З(T) + Про2 (г) ® СО2 (г) + DН2

Тепловий ефект другої реакції легко визначається експериментально. Він становить DН2° = -393,5 кДж / моль. Що ж стосується першої реакції, то її в чистому вигляді виділити практично не вдається, завжди поряд з окисленням вуглецю до СО йде і освіту СО2. Як же визначити теплоту згоряння вуглецю саме до СО, тобто DН1? Скористаємося для цього ще однієї реакцією, парниковий ефект якої DН3 теж досить просто вимірюється експериментально:

3) СО(Г) + 1/2 O2 (г) = СО2 (г) + DН3

3° = -283 кДж / моль

Запишемо 2 і 3-е рівняння таким чином, щоб після їх алгебраїчного додавання отримати потрібну реакцію (рівняння 1):

____________________________

С(Т) + 1/2 O2 (г) = СО(Г) + DН2 - DН3

Отже, DН1° = DН2° - DН3°

або DН1° = -393,5 + 283 = -110,5 кДж / моль.

Таким чином, закон Гесса дозволяє визначати теплові ефекти реакцій, для яких їх експериментальне визначення ускладнене.

В термохімічних розрахунках крім самого закону Гесса широко застосовують три його слідства.

Перше наслідок закону Гесса:

тепловий ефект прямої реакції дорівнює тепловому ефекту зворотної реакції з протилежним знаком.

Другий наслідок закону Гесса:

тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумою теплот утворення продуктів реакції та сумою теплот утворення вихідних речовин:

 (1.28)

де DHf - Теплота утворення речовини i, ?i- Стехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції.

теплотою освіти називають кількість теплоти, що виділяється або поглинається при утворенні 1 благаючи речовини з простих речовин, узятих в стійкому стані при розглянутихумовах (Р, Т).При цьому теплота освіти простих речовин (Н2, Про2, S, C, N2 і т.д.) прийнята рівною нулю.

Примітка. Освіта речовини з простих речовин не завжди практично можливо, в таких випадках тепловий ефект відноситься до гіпотетичної реакції або гіпотетичному станом.

Третій наслідок закону Гесса:

тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумою теплот згоряння вихідних речовин і сумою теплот згоряння продуктів реакції:

 (1.29)

Теплотою згоряння називають кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні одного благаючи речовини до вищих оксидів за даних умов (Р, Т). Якщо вихідні речовини і продукти реакції знаходяться в стандартних станах, то і теплота згоряння називається стандартною. У наведеному вище прикладі, теплотою згоряння вуглецю буде тепловий ефект реакції (2), але не (1). Стандартні теплоти утворення та згоряння речовин DH °f, DH °сг наводяться в довідковій літературі. Багато з них визначені експериментально методом калориметрії. З цим методом студенти знайомляться на лабораторних заняттях. Терміни, що вживаються в цьому параграфі позначення теплових ефектів через зміну ентальпії, говорять про те, що ми розглядаємо реакції в умовах P = const, коли Qp = DH.

Між теплотамі освіти речовин в різних агрегатних станах існують, відповідно до закону Гесса, такі співвідношення:

DHf (г) = DHf (т) + DHвозг. = DHf (ж) + DHісп. (1.30)

DHf (ж) = DHf (т) + DHпл. (1.31)

DHвозг. = DHпл. + DHісп., (1.32)

де DHпл., DHісп., DHвозг. - Теплоти плавлення, випаровування і сублімації
 1 благаючи хімічної сполуки.

Для реакцій, що протікають в розчинах, при розрахунках теплоти реакції необхідно враховувати тепловий ефект процесу розчинення речовини в даному розчиннику. Згідно із законом Гесса, теплота утворення речовини в розчині дорівнює сумі його теплоти освіти в чистому вигляді і теплоти його розчинення. Теплота розчинення залежить від концентрації речовини в розчині. Розрізняють інтегральну і диференціальну теплоту розчинення.

Інтегральною теплотою розчинення називається теплота, яка виділяється (або поглинається) при розчиненні одного моля речовини в такій кількості розчинника, щоб утворився розчин з певною молекулярний "m" (моляльность - спосіб вираження концентрації: число молей в 1 літрі розчинника). На рис. 1.2 приведена залежність інтегральної теплоти розчинення DHm від молекулярний утворюється розчину m. DH0 - Перша інтегральна теплота розчинення (теплота розчинення 1 моля речовини в нескінченно великій кількості розчинника).

Мал. 1.2. залежність

інтегральної теплоти

розчинення DHm

від моляльній концентрації

утворюється розчину

DHs - остання або повна інтегральна теплота розчинення - Це теплота розчинення 1 моля речовини в такій кількості розчинника, щоб утворився насичений розчин.

Диференціальної теплотою розчинення називається теплота розчинення 1 моля речовини в великому обсязі розчину певної концентрації. Поняття "великий обсяг" означає, що при додаванні до розчину 1 благаючи речовини його склад залишається практично постійний.

Знаючи інтегральні теплоти розчинення, можна обчислити теплоту розведення. Розведення - це додавання розчинника до розчину. Розрізняють інтегральну і проміжну теплоти розведення.

Інтегральною теплотою розведення DH0m1 називають теплоту розведення розчину, що містить 1 моль розчиненої речовини, до нескінченно розведеного (тобто до m = 0), рис. 1.2.

DH0m1 = DH0 - DHm1 (1.33)

Проміжною теплотою розведення DHm1m2 називають тепловий ефект розбавлення розчину, що містить 1 моль розчиненої речовини від концентрації m2 до меншої концентрації m1. Вона дорівнює різниці відповідних інтегральних теплот розчинення (рис. 1.2):

 (1.34)

Теплота розчинення твердого кристалічного речовини (KCl, CuSO4 і т.п.) визначається в основному енергетикою двох процесів:

1) руйнування кристалічної решітки; цей процес завжди вимагає витрати енергії, його тепловий ефект завжди позитивний;

2) сольватация утворюються іонів молекулами розчинника; цей процес завжди супроводжується виділенням тепла, тобто негативним тепловим ефектом.

Залежно від співвідношення цих двох складових, теплота розчинення кристалічної речовини може бути позитивна (KCl, NaCl, KBr і т.п.) або негативна (CuSO4, CaCl2, ZnSO4).

При нейтралізації кислоти підставою відбувається виділення тепла. Тепловий ефект таких реакцій називається теплотою нейтралізації. При нейтралізації будь-якої сильної кислоти будь-яким сильним підставою відбувається по суті одна і та ж реакція [1] *, яка супроводжується виділенням одного і того ж кількості тепла:

H + + OH-= H2O (1.35)

DH = -55,9 кДж / моль

Якщо кислота або підстава - слабкі, то частина теплоти витрачається на дисоціацію слабкого електроліту:

+ HA = H ++ А- + DНдис. (1.36)

Н ++ ОН- = Н2Про - 55,9 кДж / моль  (1.37)

НА + ОН- = Н2Про + А- + DНнейтр (1.38)

 кДж / моль. (1.39)

Розрахунки по теплоті розчинення мають велике значення для визначення теплових ефектів.



Попередня   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   Наступна

ГЛАВА 1. Перший закон термодинаміки. Термохимия | Вплив температури на теплові ефекти різних процесів. закон Кірхгофа | Основні термодинамічні поняття | Другий закон термодинаміки | Ентропія як критерій самопроизвольности процесу і рівноваги в ізольованій системі. Зміна ентропії в різних процесах | Вплив тиску на ентропію. Гіпотеза Капустинського про стан речовини в глибинних зонах Землі | термодинамічні потенціали | Вільна енергія Гіббса і закономірності появи самородних елементів | Характеристичні функції. Рівняння Гіббса-Гельмгольца | Хімічний потенціал. активність |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати