Закони термохімії. Розрахунок ентальпії реакції.


ентальпія реакції – це різниця між сумою ентальпій утворення продуктів реакції та сумою ентальпій утворення реагентів з урахуванням стехіометричних кількостей речовин

ΔH = Σ (nΔH)продукти – Σ (nΔH)реагенти

Для деякої реакції:

nAA + nBB = nCC + nDD

стандартна ентальпія реакції дорівнює:

ΔH°298 = (nCΔH°298(С) + nDΔH°298(D)) – (nAΔH°298(A) + nBΔH°298(B))

Приклад. Стандартна ентальпія наступної реакції:

4NH3 (г)+ 5O2 (г) = 4NO(г) + 6H2O(г)

ΔH°298 = (nNO · ΔH°298(NO) + nH2O · ΔH°298(H2O)) – (nNH3· ΔH°298(NH3) + n O2· ΔH°298(O2)) =

= (4·(+91) + 6·(- 242)) – (4·(-46) + 5·(0)) = -904 кДж

Розділ хімії, який присвячений кількісному визначенню теплових ефектів хімічних реакцій, називається термохімія.

Лаплас Пьер-Симон (1749 - 1827)Розрахунок теплових ефектів реакцій, зокрема при p = const, заснований на двох законах термохімії.

перший закон термохімії: при розкладанні складної речовини на більш прості речовини відбувається зміна ентальпії, яка дорівнює (але з протилежним знаком) зміні ентальпії при утворенні цієї речовини з тих самих простих речовин

Перший закон тeрмохімії відкритий в кінці XVIII ст. французькими вченими Лавуазьє і Лапласом, друга назва цього закону – закон Лавуазьє-Лапласа. Фактично цей закон випливає із закону збереження енергії; саме на цьому законі заснована формула для розрахунку ентальпії реакції по ентальпії утворення речовин які приймають участь у реакції.

Гесс Герман Иванович (1802 - 1850)Ентальпію утворення визначити експериментально можна не для всіх речовин, через складність проведення, або практичну нездійсненність багатьох реакцій. Табличні значення ΔH°298для багатьох речовин отримані розрахунковим способом, на основі другого закону термохімії, відкритому в 1840 р хіміком Г.І. Гессом, закон Гесса:

другий закон термохімії: сума ентальпій двох або більше проміжних реакцій (стадій) при переході від початкового стану до кінцевого стану дорівнює ентальпії реакції, яка безпосередньо веде від вихідного стану до кінцевого стану

Таким чином, ентальпія реакції залежить тільки від виду і стану реагентів, але не залежить від проміжних станів і шляху переходу від реагентів до продуктів (це друге формулювання закону Гесса). Закон Гесса дозволяє зв’язати ентальпійні ефекти процесу, який може протікати в одну або кілька стадій, і розрахувати ентальпію (тепловий ефект) тієї реакції, яку важко здійснити або довести до кінця практично.

Приклад. Процес утворення карбон (IV) оксиду (кінцевий стан) при спалюванні графіту (початковий стан) в кисні може протікати двома шляхами:

  1. 2C + O2 = 2CO
    2CO + O2 = 2CO2
  2. C + O2 = CO2

Експериментально визначити ентальпію утворення CO з першої реакції неможливо, бо йде друга реакція – перетворення CO в CO2. Однак можна експериментально визначити ентальпію реакції перетворень CO в CO2 якщо отримати (яким-небудь іншим способом) чистий CO, а потім перевести його в CO2 спалюванням в кисні. Крім того, легко знаходиться і ентальпія повного згоряння графіту (шлях 2), тобто ентальпія утворення CO2. Звідси на основі закону Гесса легко розрахувати ентальпію переходу графіту в CO, використовуючи схему:

0000000024

За законом Гесса ΔH°1+ ΔH°2 = ΔH°3; отже:

ΔH°(CO) = ΔH°/ n (CO) = (ΔH°3 – ΔH°2) / n (CO) = ((-786 ) – (-566)) / 2 = -110 кДж/моль

Отримане значення точно відповідає довідковими даними.


Comments are closed.