Опорный конспект №4. Тема: «расчеты по термохимическим уравнениям»

Термохимическое уравнение реакции – уравнение с указанием теплового эффекта химической реакции (ТЭХР) и агрегатного состояния веществ:

аА + вВ = сС + dD, ± ТЭХР

В термодинамике мерой теплового эффекта химической реакции в изобарном процессе является функция состояния – ЭНТАЛЬПИЯ: H = U + PV

При Р = const: Δ H = ΔU + PΔV

Способы записи ТЭХР.

Тип реакции	Правило знаков
Термохимическое	Термодинамическое
Экзотермическая (выделение тепла)	+Q	-ΔH
Эндотермическая (поглощение тепла)	-Q	+ΔH

 

Стандартная молярная энтальпия реакции ΔН⁰_р – теплота, выделяемая или поглощаемая при взаимодействии определенного числа моль реагентов, задаваемого уравнением реакции, при давлении 1 атм..

 

ΔН⁰_р можно рассчитать по закону Гесса (1840 г.) из стандартных молярных энтальпий образования всех продуктов и реагентов:

 

ΔН⁰_р = ΣΔH⁰_f,m (298) (продукты) - ΣΔH⁰_f,m (298)(реагенты) (1)

(С учетом стехиометрических коэффициентов)

 

ΔH⁰_f,m (298) – стандартная молярная энтальпия образования вещества – теплота, выделяемая или поглощаемая при образовании 1 моль вещества из составляющих его простых веществ, находящихся в стандартных состояниях, -справочная величина.

Стандартное состояние вещества относится к чистому веществу, находящемуся в точно определенном агрегатном состоянии при давлении 1 атм. и температуре 298 К (25⁰С).

По определению: ΔH⁰_f,m (простое вещество) = 0

Для растворов стандартной является концентрация 1 моль/л

 

ΔH⁰_f,m (298) некоторых веществ, кДж/моль

CH4(г.)	-74,9	CO(г.)	-110,5	H2O(г.)	-241,8
C2H2(г.)	226,8	CO2(г.)	-393,5	H2O(ж.)	-285,8
C2H5OH(г.)	-277,6	HCl(г.)	-92,3	H2S(г.)	-21,0
C6H12O6(г.)	-1273,0	HI(г.)	26,6	SO2(г.)	-296,9

 

Пример 1: Определите тепловой эффект сгорания метана. Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 м³ газа?

Решение: СН₄ (г.) + 2О₂ (г.) = СО₂ (г.) + 2Н2О (ж.), =? ΔН⁰_р =?

ΔH⁰_f,m (298): -74,9 0 -393,5 -285,8 × 2

ΔН⁰_р = (-393,5) + (-285,8 × 2) – (-74,9) = - 790,2 кДж/моль

 

Сгоранию 1 моль СН₄ (22,4 л) соответствует выделение 790, 2 кДж тепла

1000 л - Х

Х = 1000 ×790,2/22,4 = …..

 

Определение ΔН⁰_р по энтальпийной диаграмме и по тепловым эффектам сгорания продуктов и исходных веществ

Пример 2: Определите стандартную энтальпию реакции перехода олова из белой аллотропной модификации в серую, если известны тепловые эффекты сгорания каждой формы.

Решение:

Sn(тв., белое) = Sn(тв., серое); ΔН⁰_р =?

 

Sn(тв., белое) ------------------------------------------- Sn(тв., серое)

ΔН⁰_р =?

 

SnO2 (тв.)

ΔН⁰_сгор. (белое)= -581,0 кДж/моль ΔН⁰_сгор(серое) = -583,5 кДж/моль

 

ΔН⁰_р + ΔН⁰_сгор.(серое) = ΔН⁰_сгор. (белое)

ΔН⁰_р = -581,0 –(-583,5) = + 2,5 кДж/моль

При решении задачи получена очень удобная формула для расчета теплового эффекта реакции по теплотам сгорания реагентов и продуктов:

 

ΔН⁰_р = ΣΔH⁰_сгор. (реагенты) - ΣΔH⁰_сгор.(продукты) (2)

 

Пример 3: Вычислите тепловой эффект реакции, используя данные о теплотах сгорания реагентов и продуктов (кДж/моль).

Решение:

C₂H₂(г.) + CO(г.) + H₂O(ж.) = CH₂=CH-COOH(ж.); ΔН⁰_р =? ΔН⁰_сгор.-1299,5 -282,5 - -1370,0

ΔН⁰_р = (-1299,5) + (-282,5) – (-1370,0) = -212,1 кДж/моль

 

Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислите тепловой эффект перехода серы моноклинной в серу ромбическую, если ΔН⁰_сгор. (монокл.) = -297 кДж/моль, а ΔН⁰_сгор. (ромб.) =-296,6 кДж/моль.

2. Определите теплоту образования сероуглерода: C + 2S = CS₂, если известны теплоты сгорания ΔН⁰_сгор. (кДж/моль) серы: -297,5; сероуглерода: -1109,9; углерода (графит): -394,0

3. Вычислите теплоту гидролиза мальтозы: С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = 2С₆Н12О₆, если теплота сгорания мальтозы ΔН⁰_сгор.(С₁₂Н₂₂О_11.) = -11350,2, а глюкозы ΔН⁰_сгор.(С₆Н₁₂О₆) = -673,0 ккал/моль.

4. Превращение желтого фосфора в красный идет по схеме: Р(ж.) = Р(кр.); ΔН⁰_р = -4,42 ккал/моль. Теплота образования Р₂О₅ из красного фосфора ΔН⁰_f (Р₂О₅) = -352 ккал/моль. Вычислить: а) теплоту образования оксида из желтого фосфора по энтальпийной диаграмме; б) рассчитать, сколько теплоты выделиться при сгорании 100 г желтого фосфора, а сколько из красного?

5. Имеются термохимические данные по теплотам сгорания углерода разных аллотропных модификаций: С + О₂ = СО₂

А) ΔН⁰_гор.(С, алмаз) = -395,39 кДж/моль;

Б) ΔН⁰_гор (С, графит) = -393,51кДж/моль;

В) ΔН⁰_гор (С, аморфный) = -409,20 кДж/моль.

Вычислите, используя энтальпийную диаграмму, тепловые эффекты следующих превращений: алмаз – графит; графит – аморфный уголь; аморфный уголь – алмаз.

6. Теплота сгорания глюкозы ΔН⁰_гор (С₆Н₁₂О6) = -2817,1 кДж/моль, а этанола ΔН⁰_гор(С₂Н₅ОН) = -1366,9 кДж/моль. Вода в продуктах сгорания этанола – пар. Вычислите тепловой эффект биохимического процесса брожения глюкозы с образованием винного спирта по реакции: С₆Н₁₂О₆(тв.) = 2 С₂Н₅ОН(ж.) + 2 СО₂; ΔН⁰_р.=?

7. Вычислить тепловой эффект образования метанола в стандартных условиях, если известен тепловой эффект реакции: СН₃ОН(ж.) +1,5О₂(г.) = СО₂(г.) + 2Н₂О(ж.); ΔН⁰_р.= -728,5 кДж/моль.

8. Постройте энтальпийную диаграмму и вычислите стандартную энтальпию реакции (путь А), используя следующие термодинамические данные:

Путь А: 1) Р(тв.) + 2,5 С1₂(г.) = РС1₅; ΔН⁰₁ =?

2) Р(тв.) + 1,5 С1₂(г.) = РС1₃(ж.): ΔН⁰₂ = -17,5 кДж/моль;

Путь Б: 3) РС1₃(ж.) + С1₂(г.) = РС1₅(тв.); ΔН⁰₃ = -437,3 кДж/моль

9. Определите теплоту образования нафталина: 10С(графит) + 4Н₂(г.) =С₁₀Н₈(тв.), если теплоты сгорания нафталина, графита и углерода равны, соответственно (кДж/моль): - 5162; -394; -285.