Термохимия. Химическое сродство.

При решении задач этого раздела следует использовать таблицу № 2

(см. приложение)

Термохимия изучает тепловые эффекты химических реакций Δ Н. Реакции, идущие с выделением тепла, называют экзотермическими, а с поглощением тепла – эндотермическими. Для экзотермических реакций Δ Н < 0, а для эндотермических реакций Δ Н > 0.

Уравнение химической реакции, в которой указан тепловой эффект, называется термохимическим.

В основе расчетов в термохимии лежит закон Гесса:

" Тепловой эффект реакции зависит от природы и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути перехода".

В термохимических расчетах используют и следствие из закона Гесса:

" Тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ".

Δ Н = Σ Δ Н⁰_{298 прод.} – Σ Δ Н⁰_{298 исх.}

Так как тепловой эффект зависит от давления и температуры, то в качестве стандартных условий приняты: Р = 1 атм., Т = 298 К (25 ⁰С).

Теплотой образования Δ Н⁰₂₉₈ называют количество тепла, которое выделяется или поглощается при образовании одного моля сложного вещества из простых веществ.

Теплота образования простых веществ О₂, H₂, Cl₂, С равна нулю.

Например, тепловой эффект реакции:

Са_(к) + С_(к) + 3/2 О₂ = СаСО_{3 (к)} …… Δ Н

Δ Н является теплотой образования СаСО₃ Δ Н⁰₂₉₈

Пример 1.

Определить тепловой эффект реакции:

SО_{2 (г)} + 2H₂S_(г) = 3S_(ромб) + 2Н₂О_(ж)

Решение:

Используя следствие из закона Гесса, записываем:

Δ Н = Σ Δ Н⁰_{298 прод.} – Σ Δ Н⁰_{298 исх.}

Δ Н = 2 · Δ Н⁰₂₉₈ + 3 Δ Н⁰_{298 –}Δ Н⁰₂₉₈ – 2 · Δ Н⁰₂₉₈

Теплоты образования сложных веществ – Н₂О, SO₂, Н₂S - табличные данные. Сера - простое вещество, поэтому Δ Н⁰₂₉₈ = 0.

Δ Н = 2 · (-285, 8) – 2 · (-20, 15) – (-296, 9) = -234, 4 кДж

Термохимическое уравнение реакции имеют вид:

SО_{2 (г)} + 2H₂S_(г) = 3S_(ромб) + 2Н₂О_(ж), Δ Н = -234, 4 кДж

Мерой химического сродства - движущей силой процесса является изменение изобарно-изотермического потенциала Δ G или потенциала Гиббса.

Определяют Δ G реакции, аналогично определению Δ Н по следствию из закона Гесса, то есть Δ G = Σ Δ G⁰_{298 прод.} – Σ Δ G⁰_{298 исх.}.

Δ G⁰₂₉₈ – стандартный изобарно-изотермический потенциал образования при Р = 1 атм. и Т = 298 К (25 ⁰С) - табличные данные. Δ G⁰₂₉₈ для простых веществ равно нулю.

Возможен и второй метод расчета Δ G, учитывающий влияние эн-талышйного (Δ Н) и энтропийного (Δ S) факторов: Δ G = Δ Н – ТΔ S.

Если Δ G < 0, то данная реакция может протекать самопроизвольно. Если Δ G > 0, то реакция не может протекать самопроизвольно при данных условиях. Если Δ G ≈ 0, то реакция находится в состоянии химического равновесия.

Чем меньше Δ G, тем сильнее выражено стремление к протеканию реакции, то есть тем больше реакционная способность данной системы (реакции).

Энтропия S – это мера неупорядоченного состояния системы. Она возрастает при нагревании, плавлении, испарении, расширении газа. При охлаждении, конденсации, сжатии, полимеризации - энтропия уменьшается. Рассчитывают изменение энтропии аналогично изменению Δ Н по следствию из закона Гесса:

Δ S = Σ Δ S⁰_{298 прод.} – Σ Δ S⁰_{298 исх.}. Δ S⁰₂₉₈ – табличные данные.

Обратите внимание на единицы измерения Δ Н, Δ G и Δ S (см. таблицу № 2).

Пример 2.

На основании стандартных теплот образования и стандартных энтропии соответствующих веществ вычислить Δ G реакций при стандартных условиях. Возможны ли реакции при стандартных условиях?

а) H₂S_(г) + Сl_{2 (г)} = 2НСl_(г) + S_(ромб)

б) 2SO_{3 (г)}= 2SO_{2 (г)} + О_{2 (г)}

Решете:

а) H₂S_(г) + Сl_{2 (г)} = 2НСl_(г) + S_(ромб)

Используя данные таблицы № 2, рассчитываем Δ Н реакции по следствию из закона Гесса.

Δ Н = 2 · Δ Н⁰₂₉₈– Δ Н⁰₂₉₈ = 2 – (-92, 3) – (-20, 5) = -164, 45 кДж

Аналогично рассчитываем Δ S реакции:

Δ S = S⁰₂₉₈ + 2 · S⁰₂₉₈– S⁰₂₉₈ – S⁰₂₉₈ =

= 31, 9 + 2 · 186, 7 – 205, 6 – 223 = -23, 3 Дж/град ≈ 0, 023 кДж/град

Δ G = Δ Н – ТΔ S = -164, 45 – 298 · 0, 023 = -157, 6 кДж.

Так как Δ G < 0, то данная реакции возможна при стандартных условиях.

б) 2SO_{3 (г)}= 2SO_{2 (г)} + О_{2 (г)}

Рассчитываем Δ Н данной реакции:

Δ Н = 2 · Δ Н⁰₂₉₈ – Δ Н⁰₂₉₈ = 2 · (-296, 9) – 2 · (-395, 2) = + 196, 6 кДж

Δ S = S⁰₂₉₈ + S⁰₂₉₈ – 2 · S⁰₂₉₈ =

= 2 · 248, 1 + 205, 0 – 2 · 256, 2 = + 188, 8 Дж/град ≈ 0, 19 кДж/град

Δ G = Δ Н - ТΔ S = 196, 6 – 298 · 0, 19 = +140 кДж.

Так как Δ G > 0 то данная реакция при стандартных условиях невозможна (или возможно протекание обратной реакции).

Пример 3.

При какой температуре наступит равновесие в реакции:

4НСl_(г) + О_{2 (г)} → 2Н₂О_(г) + Cl_{2 (г)}, Δ Н = -114, 4 кДж

Так как в равновесие Δ G = 0, тогда Δ Н = TΔ S.

Т =

Δ S = S⁰₂₉₈ + 2 · S⁰₂₉₈ – 4 · S⁰₂₉₈=

= 2 · 223 + 2 · 188, 7 – 4 · 186, 7 – 205 = -128, 4 Дж/град ≈ -0, 13 кДж/град

Т = = 880 К

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

81. На основании стандартных теллот образования и стандартных энтропии веществ вычислить Δ G реакции:

NН_{3 (г)}+ НСl_(г) = NH₄Cl_(к).

Почему в данной реакции Δ S < 0? Сделайте вывод о направлении протекания реакции при стандартных условиях.

82. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакций горения одного моля метана, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода.

83. Сколько тепла выделится при реакции горения 100 л СО до СО₂?

84. Разложение хлората калия протекает по уравнению: КСlО_{3 (к)}= КСl_(к) + 3/2 О_{2 (г)}. Какое количество тепла выделится, если объём кислорода после окончания реакции равен 2, 24 л?

85. Одним из способов получения водорода является взаимодействие метана с водяным паром: CH_{4 (г)} + Н₂О_(г) → СО_(г) + 3Н_{2 (г)}. Рассчитайте Δ Н, Δ S и Δ G этой реакции и объясните, будет ли протекать данная реакция при стандартных условиях?

86. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях: СН_{4 (г)} + СО_{2 (г)} – 2СО_(г) + 2Н_{2 (г)}.

87. Вычислите изменения энтропии в результате реакции образования аммиака из азота и водорода, чем можно объяснить, что Δ S < 0?

88. Вычислите Δ G для реакций:

а) ВаСО_{3 (к)} = ВаО_(к) + СО_{2 (г)}

б) СаСО_{3 (к)} = СаО_(к) + СО_{2 (г)}

Определите, какой из карбонатов обладает большей термической устойчивостью?

89. На основании стандартных теплот образования и стандартных энтропии вычислите Δ G реакций:

а) FeO_(к) + ½ С_{(графит)} = Fe_(к) + ½ CО_{2 (г)}

б) FeO_(к) + СО_(г) = Fe_(к) + CО_{2 (г)}

Протекание какой из этих реакций при стандартных условиях наиболее вероятно?

90. Вычислите теплоту образования аммиака, исходя из реакции:

2NН_{3 (г)} + 3/2 О_{2 (г)} = N_{2 (к)} + 3Н₂О_(ж), Δ Н = -766 кДж

91. Определить тепловой эффект реакции гидрирования этилена.

92. Будут ли самопроизвольно протекать в прямом направлении при стандартных условиях реакции:

а) Сl_{2 (г)} + 2НI_(г) = I_{2 (к)} + НСl_(г)

б) I_{2 (к)} + H₂S_(г) = 2HI_(г) + S_(ромб)

93. Определите теплоту образования РН₃, исходя из уравнения:

2РН_{3 (г)} + 4О_{2 (г)} = P₂O_{5 (к)} + 3Н₂О_(ж), Δ Н = -2360 кДж

94. Сожжены с образованием Н₂О_(г) равные объемы водорода и ацетилена, взятые при одинаковых условиях. В каком случае выделится больше тепла?

95. Определить тепловой эффект реакции:

FеО_(к) + Н_{2 (г)} = Fе_(к) + Н₂О_(г)

96. Вычислить тепловой эффект для протекающих в организме реакций превращения глюкозы:

а) С₆Н₁₂О_{6 (к)} = 2C₂H₅OH_(ж) + 2СО_{2 (г)}

б) С₆Н₁₂О_{6 (к)} + 6О_{2 (г)} = 6CO_{2 (г)} + 6Н₂О_(ж)

Какая из этих реакций поставляет организму больше энергии?

97. Рассчитать Δ G реакций и установить, в каком направлении они будут протекать самопроизвольно в стандартных условиях:

а) NiО_(к) + Рb_(к) = Ni_(к) + РbО_(к)

б) СuО_(к) + Рb_(к) = Cu_(к + РbО_(к)

98. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях: СН_{4 (г)} + СО_{2 (г)} → 2СО_(г) + 2H₂O_(г). Рассчитайте Δ G реакции и на этом основании дайте ответ.

99. Какие из оксидов могут быть получены окислением металлов при стандартных условиях: CaO, FeO, BaO? Ответ объясните, исходя из значений Δ G реакции.

100. Сколько теплоты выделится при сгорании 92 г этилового спирта? В реакции образуются углекислый газ и пары воды.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 751; Нарушение авторского права страницы