Вычисление тепловых эффектов. Закон Гесса.

Тепловой эффект (изменение энтальпии) реакции при V = const и P = const не зависит от числа промежуточных стадий, от пути процесса и определяется только начальным и конечным состоянием системы.

              С                 DH⁰                                СО₂

                                                                                          DH⁰=DH⁰₁+DH⁰₂

 

                 DH⁰₁                                  DH⁰₂

 

 

                                          СО

1. С + О₂ ® СО₂                          DH⁰ = – 393,5 кДж/моль

2. С + ½ О₂ ® СО                       DH⁰₁ = – 110,5 кДж/моль

СО + ½ ® СО₂                        DH⁰₂ = – 283 кДж/моль

                                                             – 393,5 = – 110,5 – 283

 

Следствие из закона Гесса.

Тепловой эффект реакции DH⁰_р равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования реагентов с учетом стехиометрических коэффициентов: DH_х⁰_р = SΔН₀ (продукты) – SΔН₀ (реагенты)

 

Пример 1. Расчет теплового эффекта реакции по стандартным теплотам образования реагирующих веществ.

Определите количество теплоты, выделяющееся при гашении 100 кг извести водой, если стандартные теплоты образования реагирующих веществ равны (кДж/моль):

∆H⁰_{CaO (k)} = – 635,1; ; ∆H⁰ _{Ca(OH)2 (k)} = -986.2

Тепловой эффект реакции по закону Гесса равен:

∆H⁰_х.р. = ∆H⁰ _{Ca(OH)2 (k)} – [∆H⁰_{CaO (k)} + ∆H⁰_{H2O  (ж)}]= -986.2-(-635.1 – 285.84)=

=-65.3 кДж

 

Тепловой эффект реакции рассчитан на 1 моль CaO, то есть на 56 г. Составим пропорцию:

Из 56 г (CaO) выделилось – 65.3 кДж

Из 100000 г (CaO) выдел. - Х кДж

 

Х = (100000_*(-65,3))/56 = -1,16_*10⁵ кДж

Ответ: -1,16_*10⁵ кДж

 

Пример2. Вычислить теплоту образования CaCO₃ по теплоте реакции разложения CaCO₃ на CaO и CO₂, равной –200,9 кДж, если известно, что

∆H _{обр СаО} = -635,2 ∆H⁰ _{обр СО2} = -393 кДж

 

Решение. Из уравнения реакции следует

∆H⁰ _{обр CaCO3} + ∆H _{обр СаО} + ∆H⁰ _{обр СО2} = -200,9 кДж

Отсюда: - ∆H⁰ _{обр CaCO3} = -200,9 кДж - ∆H _{обр СаО} - ∆H⁰ _{обр СО2}

∆H⁰ _{обр CaCO3} = -200,9 кДж + ∆H _{обр СаО} + ∆H⁰ _{обр СО2} = -200,9 – 635,2 – 393,6 =

=-1229,7 кДж.

Ответ: ∆H⁰ _{обр CaCO3} = -1229.7 кДж.

 

Энтропия.

Энтропия является функцией состояния системы ∆S=S₂-S₁, где S₁ и S₂ – энтропии начального и конечного состояния системы

 

 

 

 

Процессы, для которых ∆S>0:

А) расширение газов

Б) фазовые превращения (твердое®жидкое®газообразное состояние)

В) растворение кристаллических веществ

 

Процессы, для которых ∆S<0:

А) сжижение газов

Б) увеличение концентрации и кристаллизация веществ

 

Стандартная энтропия чистых веществ относится к 1 моль вещества при Р=101 кПа и Т=298 К и обозначается S₂₉₈⁰ [Дж/(К_*моль)]

Энергия Гиббса

 

D G_н= D H- T D S

 

DG_н – изменение энергии Гиббса

DH – изменение энтальпии

T – температура, К.

 

Самопроизвольные химические процессы идут в направлении уменьшения энергии Гиббса: D G<0

DG⁰ – стандартное изменение энергии Гиббса, когда реакция идет при стандартных условиях (Т=298 К и Р=1.013_*10³ Па)

D G⁰= D H⁰- T D S⁰

DH⁰ и DS⁰ – стандартные изменения энтальпии и энтропии.

 

Знак G указывает на возможность протекания реакции.

Если DG=0, система находится в состоянии динамического равновесия

Если DG<0, равновесие сдвинуто в сторону образования продуктов реакции.

Если DG>0, равновесие сдвинуто в сторону образования реагентов.