反応による熱の影響。 さまざまな温度での化学反応の熱影響を計算する方法

熱の影響、熱力学的に熱が放出または吸収されます。 化学物質がシステム内を流れるとき。 地区。 システムが何も作業を行わず (拡張作業の可能性がある場合を除く)、t-ry と積が等しいという条件の下で決定されます。 熱は状態関数ではないので、つまり 状態間の移行中は移行経路に依存するため、一般的な場合、熱効果は特定の地域の特性として機能しません。 2 つの場合、微量の熱 (素熱) d Q は状態関数の全微分と一致します。定体積 d Q = = dU (U は系の内部エネルギー) の場合と定数 d Q = の場合です。 dH (H - システムのエンタルピー)。

実際には 2 種類の熱効果が重要です。等温等圧 (一定の温度 T および p における) と等温等容性 (一定の T および体積 V における) です。 微分熱効果と積分熱効果があります。 差熱効果は次の式で求められます。

ここで、u i、hi -それぞれ。 部分的な臼歯外径。 エネルギーと; v i -化学量論的 係数 (製品の場合は v i > 0、v i<0 для ); x = (n i - n i 0)/v i ,-хим. переменная, определяющая состав системы в любой момент протекания р-ции (n i и n i0 - числа i-го компонента в данный момент времени и в начале хим. превращения соотв.). Размерность дифференциального теплового эффекта реакции-кДж/ . Если u T,V , h T,p >0、地区と呼ばれる 吸熱性、効果の反対の符号 - 発熱性。 2 種類の効果は次のように関連付けられています。

熱効果の温度依存性が与えられており、厳密に言えば、その適用には溶液に含まれるすべての物質の部分モル数の知識が必要ですが、ほとんどの場合、これらの量は不明です。 流れ込む川のため 本当の解決策およびその他の熱力学的に非理想的な環境では、熱効果は他のものと同様に、システムと実験の構成に大きく依存します。 状況に応じて、さまざまな地区の比較と熱影響の分類を容易にするアプローチが開発されました。 この目的は、標準熱効果 (図示) の概念によって実現されます。 「標準」とは、地区に参加しているすべてのエンティティが所定の条件にあるときの条件下で (多くの場合仮説的に) 実行される熱効果を意味します。 ディファレンシャル また、積分標準熱効果は常に数値的に同じです。 標準熱効果は、標準生成熱または熱の表を使用して簡単に計算できます。 燃焼インイン（以下を参照してください）。 非理想的な媒体の場合、実際に測定された熱効果と標準的な熱効果の間には大きな差異があり、熱力学計算で熱効果を使用する場合はこの点に留意する必要があります。 例えば、アルカリ性ジアセトイミド [(CH 3 CO) 2 NH (ゾル) + H 2 O (l) = CH 3 SOKH 2 (ゾル) + CH 3 COOH (l) +] の場合、0.8 n。 ＮａＯＨ水溶液（５８重量％）、２９８Ｋで測定された熱効果ＤＨ １ ＝－５２．３ｋＪ／。 同じ地区の標準条件では、 = - 18.11 kJ/ が得られました。 それはとても大きな意味があります。 この違いは、指定された溶液中の物質に伴う熱効果 (熱) によって説明されます。 固体の場合、液体酢酸と熱はそれぞれ等しい: D H 2 = 13.60; D H 3 = - 48.62; D H 4 = - 0.83 kJ/、つまり = D H 1 - D H 2 - D H 3 + D H 4。 例のビューからしかし、熱効果を研究するときは、付随する物理化学的な熱効果を測定することが重要です。 プロセス。

熱効果の研究は次のようになります。 最も重要な任務。 基本 実験してみましょう 方法 - 熱量測定。 モダンな この装置により、気相、液相、固相、界面、さらには複雑な相における熱効果を研究することが可能になります。 システム。 測定される熱効果の一般的な値の範囲は、数百 J/ ～ 数百 kJ/ です。 テーブル内 測色データが与えられます。 特定の地域の熱影響の測定。 熱効果、希釈、および熱を測定すると、実際に測定された熱効果から標準的な熱効果に移行できます。

重要な役割は、化合物の形成熱という 2 つのタイプの熱効果に属します。 から 単純なものそして、物質を構成する高次元素の形成を伴う純粋な形の物質の燃焼熱。 これらの熱影響は標準条件に換算され、表にまとめられます。 彼らの助けを借りて、熱効果を簡単に計算できます。 それは代数と同じです。 プロセスに関与するすべての物質の生成熱または燃焼熱の合計:

表の値の適用 許可します熱効果を複数計算します。 千ルーブルですが、これらの値自体はいくつかしか知られていません。 千の接続。 ただし、計算された小さな値は代数として得られるため、この計算方法は熱影響が小さい地域には適していません。 数個の量 大量の、腹筋のエラー、エッジが特徴です。 熱効果を超える可能性があります。 量を使用した熱効果の計算 状態関数があるという事実に基づいています。 これにより、熱化学システムを構築することが可能になります。 必要なソリューションの熱効果を決定するための方程式 (参照)。 標準的な熱効果は、ほとんどの場合計算されます。 上で説明した方法に加えて、熱効果の計算は、-eq の温度依存性を使用して実行されます。

7. での反応の熱効果を計算します。 標準状態: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g)、生成熱の場合: Fe 2 O 3 (t) = – 821.3 kJ/mol; CO (g) ) = – 110.5 kJ/mol;

CO 2 (g) = – 393.5 kJ/mol。

Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g)、

出発物質と反応生成物の燃焼による標準的な熱影響がわかっているので、標準条件下での反応の熱影響を計算します。

16. 化学反応速度の温度依存性。 ヴァント・ホフの法則。 反応の温度係数。

反応は、平均エネルギーが反応参加者の平均エネルギーを超える活性分子間の衝突によってのみ生じます。

分子にある程度の活性化エネルギー E (平均を超える過剰なエネルギー) が与えられると、分子内の原子間の相互作用の位置エネルギーが減少し、分子内の結合が弱まり、分子は反応性になります。

活性化エネルギーは必ずしも外部から供給されるわけではなく、分子の衝突時にエネルギーを再分配することによって、分子の一部に活性化エネルギーが与えられることもあります。 ボルツマンによれば、N 個の分子の中には、増加したエネルギーを有する次の数の活性分子 N   が存在します。

N * N·e – E / RT (1)

ここで、E は活性化エネルギーであり、平均レベルと比較して、反応が可能になるために分子が持つ必要がある過剰なエネルギーを示します。 残りの名称はよく知られています。

2 つの温度 T 1 と T 2 での熱活性化の場合、速度定数の比は次のようになります。

, (2) , (3)

これにより、2 つの異なる温度 T 1 および T 2 での反応速度を測定することにより、活性化エネルギーを決定することが可能になります。

温度が 10 0 上昇すると、反応速度は 2 ～ 4 倍増加します (おおよその Van't Hoff 則)。 温度が 10 0 上昇したときに反応速度 (したがって速度定数) が何倍増加するかを示す数値は、反応の温度係数と呼ばれます。

 (4) .(5)

これは、たとえば、従来認められている温度上昇に対して 100 °C 温度が上昇すると、 平均速度 2 倍 ( = 2) になると、反応速度は 2 10 倍に増加します。つまり、 約 1000 回、 = 4 – 4 10 のとき、つまり 100万回。 ヴァント ホフの法則は、狭い温度範囲内の比較的低温で起こる反応に適用されます。 温度の上昇に伴う反応速度の急激な増加は、活性分子の数が指数関数的に増加するという事実によって説明されます。

25. Van't Hoff の化学反応等温式。

任意の反応に対する集団作用の法則に従って

そして A + bB = cC + dD

順反応の速度方程式は次のように書くことができます。

,

逆反応速度については、次のようになります。

.

反応が左から右に進むにつれて、物質 A と物質 B の濃度は減少し、正反応の速度は減少します。 一方、反応生成物 C と D が蓄積すると、右から左への反応速度が増加します。 速度 υ 1 と υ 2 が同じになる瞬間があり、すべての物質の濃度は変化しません。

,

ここで、K c = k 1 / k 2 =

.

定数値 Kc は、順反応と逆反応の速度定数の比に等しく、出発物質とそれらの相互作用生成物の平衡濃度 (化学量論係数の範囲まで) および平衡状態を定量的に表します。を平衡定数といいます。 平衡定数は、特定の温度に対してのみ一定です。

K c = f (T)。 化学反応の平衡定数は通常、分子が反応生成物の平衡モル濃度の積、分母が出発物質の濃度の積である比率で表されます。

反応成分が理想気体の混合物である場合、平衡定数 (K p) は成分の分圧で表されます。

.

K p から K c に移動するには、状態方程式 P · V = n · R · T を使用します。 なぜなら

とすると、P = C・R・Tとなります。 。

この式から、反応が気相中のモル数を変えずに進行すると仮定すると、K p = K c ということがわかります。 (c + d) = (a + b) の場合。

反応が一定の P と T、または V と T で自発的に進行する場合、この反応の G と F の値は次の方程式から求めることができます。

,

ここで、С А、С В、С С、С D は出発物質と反応生成物の非平衡濃度です。

,

ここで、Р А、Р В、Р С、Р D は出発物質と反応生成物の分圧です。

最後の 2 つの方程式は、van't Hoff 化学反応等温方程式と呼ばれます。 この関係により、反応の G と F の値を計算し、出発物質のさまざまな濃度での方向を決定することが可能になります。

気体系と溶液の両方で、固体が反応に関与する場合（つまり、不均一系の場合）、固相の濃度はほぼ一定であるため、平衡定数の式に含まれないことに注意してください。 はい、リアクションのため

2 CO (g) = CO 2 (g) + C (t)

平衡定数は次のように書かれます

.

平衡定数の温度依存性 (温度 T 1 に対する温度 T 2 の場合) は、次のヴァント ホフ方程式で表されます。

,

ここで、Н 0 は反応の熱効果です。

吸熱反応 (反応は熱の吸収によって起こります) の場合、平衡定数は温度の上昇とともに増加し、システムは加熱に抵抗するようです。

34. 浸透、浸透圧。 Van't Hoff 方程式と浸透係数。

浸透は、さまざまな濃度の溶液を低濃度の溶液から高濃度の溶液に分離する半透膜を通る溶媒分子の自発的な動きであり、これにより後者の溶液が希釈されます。 セロハンフィルムは半透膜としてよく使用され、その小さな穴を通して少量の溶媒分子のみが選択的に通過でき、大きな分子または溶媒和した分子またはイオンは保持されます（高分子物質用）、およびフェロシアン化銅フィルム低分子物質用。 より高濃度の溶液に外部静水圧を加えると、溶媒移動 (浸透) のプロセスを防ぐことができます (平衡状態では、これがいわゆる浸透圧となり、文字  で示されます)。 非電解質溶液中の  の値を計算するには、経験的な Van't Hoff 方程式が使用されます。

ここで、C は物質のモル濃度、mol/kg、

R – ユニバーサル気体定数、J/mol K。

浸透圧の大きさは、所定の体積の溶液に溶解している 1 つまたは複数の物質の分子数 (一般に粒子の数) に比例し、分子の性質や溶媒の性質には依存しません。 強電解質または弱電解質の溶液では、分子の解離により個々の粒子の総数が増加するため、浸透圧を計算する式に等張係数と呼ばれる適切な比例係数を導入する必要があります。

i C R T、

ここで、i は等張係数で、イオンと解離していない電解質分子の数の合計と、この物質の初期分子数の比として計算されます。

したがって、電解質の解離の程度、つまり 溶解した物質の全分子数に対するイオンに崩壊した分子の数の比率がで、電解質分子が n 個のイオンに崩壊したとき、等張係数は次のように計算されます。

i = 1 + (n – 1) · ,(i > 1)。

強電解質の場合、 = 1、i = n とすると、係数 i (これも 1 より大きい) は浸透係数と呼ばれます。

浸透現象は、 非常に重要植物や動物の細胞膜は、多くの物質の溶液に対して半透膜の性質を持っているためです。 で きれいな水細胞は大きく膨張し、場合によっては膜が破れる点まで達しますが、塩濃度が高い溶液では逆に、大量の水分が失われるためサイズが小さくなり、しわが寄ってきます。 したがって、食品を保存するときに添加されます。 たくさんの塩か砂糖。 このような条件下では微生物細胞は失われます。 かなりの量水に浸かって死ぬ。

タスク番号6

表に示されている物質の平均熱容量を計算します。 6、298℃から298℃までの温度範囲で Tに。

表6

	物質			物質

解決：

298℃から800℃の温度範囲におけるアンモニアの平均熱容量の計算を考えてみましょう。 に。

熱容量加熱時に物体が吸収する熱量と、加熱に伴う温度上昇の比です。 個々の物質については、 特定の（1キロ）と 大臼歯(1モル) の熱容量。

真の熱容量

, (21)

どこ δ Q - 体温を微量上昇させるのに必要な微量の熱 dT .

平均熱容量は熱量の比です Q気温の上昇に ∆ T = T 2 – T 1 ,

.

熱は状態の関数ではなく、プロセスの経路に依存するため、加熱プロセスの条件を示す必要があります。 微小変化に対する等容性および等圧過程において δ Q V = dU そして δ Q p = dH、 それが理由です

そして
. (22)

間の接続 真の等重性(と V） そして 等圧の (C p) 熱容量物質とその 平均等重性
そして等圧の
熱容量～の温度範囲で T 1 前に T 2 式 (23) および (24) で表されます。

; (23)

. (24)

真の熱容量の温度依存性は、次の経験式で表されます。

; （そうではないから 有機物) (25)

。 (有機物用) (26)

物理量と化学量のディレクトリを使用してみましょう。 アンモニアの等圧熱容量の温度依存性を表す式の係数 (a、b、c) を書き出してみましょう。

表7

物質
		b·10 3	c / ·10 –5

アンモニアの真の熱容量の温度依存性を表す式を書いてみましょう。

.

この式を式 (24) に代入して、アンモニアの平均熱容量を計算してみましょう。

= 1/(800-298)
=

0.002 = 43.5 J/mol K。

問題その7

表に示す化学反応の場合。 2、反応生成物の熱容量の合計の温度依存性をプロットします。
および温度に応じた出発物質の熱容量の合計
。 依存関係方程式
参考書から取ってください。 化学反応中の熱容量の変化を計算します (
) 温度 298 K、400 K、および T K（表6）。

解決：

アンモニア合成反応の例を使用して、298 K、400 K、600 K の温度における熱容量の変化を計算してみましょう。

化学量論係数を考慮して、出発物質と反応生成物のアンモニアの真の熱容量の温度依存性を表す式の係数 (a、b、c、c /) 1 を書き留めてみましょう。 。 係数の合計を計算してみましょう。 たとえば、係数の合計 あ出発物質の場合は次と等しい

= 27.88 + 3・27.28 = 109.72。

オッズの合計 あ反応生成物の場合は次と等しい

= 2・29.8 = 59.6。

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

表8

物質			b·10 3	c / ·10 – 5	s・10 6
オリジナル 物質
( , , )
( , , )
, ,

したがって、依存関係式は

反応生成物の形式は次のとおりです。

= 59.60 + 50.96·10 –3 T – 3.34·10 5 /T 2

反応生成物の熱容量の合計の温度依存性をプロットするには
いくつかの温度での熱容量の合計を計算してみましょう。

T = 298 K で

= 59.60 + 50.96 10 –3 298 – 3.34 10 5 /298 2 = 71.03 J/K;

Tで = 400K
= 77.89 J/K;

T = 600 K の場合
= 89.25 J/K。

依存関係式
出発物質の場合、次の形式になります。

= 109.72 + 14.05・10 -3 T + 1.50・10 -5 /T 2 。

同様に計算してみます
いくつかの温度で物質を開始:

T=298Kにて

=109.72 + 14.05 10 –3 298 + 1.50 10 5 /298 2 =115.60 J/K;

T = 400 K の場合
= 116.28 J/K;

T = 600 K の場合
= 118.57 J/K。

次に等圧熱容量の変化を計算します。
いくつかの温度での反応中:

= –50.12 + 36.91 10 –3 T – 4.84 10 5 /T 2、

= –44.57 J/K;

= –38.39 J/K;

= -29.32 J/K。

計算された値を使用して、反応生成物の熱容量の合計と出発物質の熱容量の合計の温度依存性のグラフを作成します。

図2 アンモニア合成反応における出発物質と反応生成物の総熱容量の温度依存性

この温度範囲では、出発物質の総熱容量は生成物の総熱容量よりも大きいため、
298 K ～ 600 K の全温度範囲にわたって。

問題その8

表に示されている反応の熱効果を計算します。 2、温度で T K（表6）。

解決：

温度800℃におけるアンモニア合成反応の熱影響を計算してみます。 に。

熱効果の依存性
温度による反応を説明する キルヒホッフの法則

, (27)

どこ
- 反応中の系の熱容量の変化。 方程式を分析してみましょう。

1) もし
> 0、つまり反応生成物の熱容量の合計が出発物質の熱容量の合計より大きい場合、 > 0、。 依存症
増加し、温度が上昇すると熱効果も増加します。

2) もし
< 0, то< 0, т.е. зависимость убывающая, и с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

3) もし
= 0 の場合 = 0、熱効果は温度に依存しません。

積分形式では、キルヒホッフ方程式は次の形式になります。

. (28)

a) 熱容量がプロセス中に変化しない場合、つまり 反応生成物の熱容量の合計は、出発物質の熱容量の合計に等しい (
)、熱効果は温度に依存しません。

= 定数

b) のために 概算熱容量の温度依存性を無視して、反応参加者の平均熱容量の値を使用できます(
）。 この場合、計算は次の式を使用して行われます。

c) のために 正確な計算すべての反応参加者の熱容量の温度依存性に関するデータが必要です
。 この場合、熱効果は次の式を使用して計算されます。

(30)

参照データ (表 9) を書き留め、タスク No. 7 と同様に、各列の対応する値の変化を計算します。 取得したデータを使用して次の計算を行います。

約：

= –91880 + (–31.88)(800 – 298) = –107883.8 J = – 107.88 kJ。

= –91880 + (–50.12)(800 – 298) + 1/2・36.91・10 -3 (800 2 – 298 2) +

– (–4.84・10 5)(1/800 – 1/298) = – 107815 J = – 107.82 kJ。

アンモニア合成反応の場合、反応中の熱容量の変化
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

表9

	物質			反応生成物の合計	出発物質の量	反応中の変化
,				=	=	=
、J/(mol K)				=	=	=
				=	=	=
				=	=	=
				=	= 1,5	=
				= 0	= 0	= 0

熱化学は熱の影響を研究します 化学反応。 多くの場合、これらの反応は一定の体積または一定の圧力で発生します。 熱力学の第一法則から、これらの条件下では熱は状態の関数であることがわかります。 一定の体積では、熱は内部エネルギーの変化に等しくなります。

一定の圧力におけるエンタルピーの変化:

これらの等式は、化学反応に適用すると本質を構成します。 ヘスの法則:

一定圧力または一定体積で起こる化学反応の熱影響は、反応経路には依存せず、反応物と反応生成物の状態によってのみ決まります。

言い換えれば、化学反応の熱効果は状態関数の変化に等しいということです。
熱化学では、熱力学の他の応用とは異なり、熱が放出された場合、熱は正であると見なされます。 環境、つまり もし H < 0 или U < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение H(単に「反応エンタルピー」と呼ばれます) または U反応。

反応が溶液または固相で起こり、体積の変化が無視できる場合、

H = U + (PV) U. (3.3)

理想気体が反応に参加する場合、一定の温度で

H = U + (PV) = U+n. RT, (3.4)

ここで、n は反応中のガスのモル数の変化です。

さまざまな反応のエンタルピーの比較を容易にするために、「標準状態」の概念が使用されます。 標準状態とは、圧力 1 bar (= 10 5 Pa) および所定の温度における純粋な物質の状態です。. 気体の場合、これは 1 bar の圧力での仮説的な状態であり、無限に希薄化した気体の特性を持ちます。 温度における標準状態における物質間の反応エンタルピー T、（を示します） r「反応」を意味します）。 熱化学方程式は、物質の式だけでなく、その凝集状態や結晶変態も示します。

ヘスの法則から重要な結果が得られ、化学反応のエンタルピーの計算が可能になります。

帰結 1.

反応生成物と試薬の標準生成エンタルピーの差に等しい (化学量論係数を考慮に入れる):

物質の標準生成エンタルピー（熱） (f「生成」を意味します) 所定の温度における、この物質の 1 モルの生成反応のエンタルピーです。 要素から、最も安定した標準状態にあります。 この定義によると、標準状態の最も安定な単体物質の生成エンタルピーは、どの温度でも 0 になります。 温度 298 K における物質の標準生成エンタルピーは参考書籍に記載されています。

「生成エンタルピー」という概念は、通常の物質だけでなく、溶液中のイオンにも使われます。 この場合、H + イオンが基準点として取られ、水溶液中の標準生成エンタルピーがゼロであると仮定されます。

帰結２． 化学反応の標準エンタルピー

反応物と反応生成物の燃焼エンタルピーの差に等しい (化学量論係数を考慮に入れる):

(c「燃焼」を意味します）。 物質の標準燃焼エンタルピー (熱) は、物質 1 モルが完全に酸化される反応のエンタルピーです。 この結果は通常、有機反応の熱効果を計算するために使用されます。

帰結 3. 化学反応のエンタルピーは、切断される化学結合のエネルギーと形成される化学結合のエネルギーの差に等しい。

コミュニケーションのエネルギー A-B は結合を破壊し、結果として生じる粒子を無限の距離にわたって分離するのに必要なエネルギーに名前を付けます。

AB (g) A (g) + B (g) 。

コミュニケーションのエネルギーは常にポジティブです。

参考書のほとんどの熱化学データは 298 K の温度で与えられています。他の温度での熱効果を計算するには、次を使用します。 キルヒホッフ方程式:

(微分形式) (3.7)

(整数形) (3.8)

どこ CP- 反応生成物と出発物質の等圧熱容量の差。 違いがある場合 T 2 - T 1 が小さい場合は、許容できます CP= 定数 温度差が大きい場合は温度依存性を利用する必要がある CP(T） タイプ：

係数はどこにありますか ある, b, c等 個々の物質については参考書から引用されており、記号は製品と試薬の間の違いを示しています（係数を考慮して）。

例

例3-1。液体の標準生成エンタルピーと 気体水 298 K では、それぞれ -285.8 および -241.8 kJ/mol です。 この温度における水の蒸発エンタルピーを計算します。

解決。 生成エンタルピーは次の反応に対応します。

H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (l)、 H 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (g)、 H 2 0 = -241.8.

2 番目の反応は 2 段階で実行できます。まず、最初の反応に従って水素を燃焼させて液体の水を形成し、次に水を蒸発させます。

H 2 O (l) = H 2 O (g)、 H 0 isp = ?

そして、ヘスの法則によれば、

H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,

どこ H 0 isp = -241.8 - (-285.8) = 44.0 kJ/mol。

答え。 44.0 kJ/mol。

例3-2。反応エンタルピーを計算する

6C (g) + 6H (g) = C 6 H 6 (g)

a) 生成エンタルピーによる。 b) C 6 H 6 分子の二重結合が固定されていると仮定して、結合エネルギーによる。

解決。 a) 生成エンタルピー (kJ/mol 単位) は、参考書に記載されています (たとえば、P.W. Atkins、Physical Chemistry、第 5 版、C9-C15 ページ)。 fH 0 (C 6 H 6 (g)) = 82.93、 fH 0 (C (g)) = 716.68、 fH 0 (H (g)) = 217.97。 反応のエンタルピーは次のとおりです。

rH 0 = 82.93 - 6,716.68 - 6,217.97 = -5525 kJ/mol。

b) この反応では、化学結合は切断されず、形成されるだけです。 固定二重結合の近似では、C 6 H 6 分子には 6 つの C-H 結合、3 つの C-C 結合、および 3 つの C=C 結合が含まれます。 結合エネルギー (kJ/mol 単位) (P.W.Atkins、Physical Chemistry、第 5 版、C7 ページ): E(C-H) = 412、 E(C-C) = 348、 E(C=C) = 612。反応のエンタルピーは次のとおりです。

rH 0 = -(6,412 + 3,348 + 3,612) = -5352 kJ/mol。

正確な結果 -5525 kJ/mol との違いは、ベンゼン分子には C-C 単結合や C=C 二重結合は存在しないが、芳香族 C C 結合が 6 つあるという事実によるものです。

答え。 a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol。

例3-3。参照データを使用して、反応のエンタルピーを計算します

3Cu (tv) + 8HNO 3 (aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)

解決。 この反応の略式イオン方程式は次のとおりです。

3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)。

ヘスの法則によれば、反応のエンタルピーは次のようになります。

rH 0 = 4fH 0 (H 2 O (l)) + 2 fH 0(NO(g))+3 fH 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 fH 0 (NO 3 - (aq))

(定義により、銅と H + イオンの生成エンタルピーは等しい)。 生成エンタルピーの値を代入すると、次のようになります (P.W.Atkins、Physical Chemistry、第 5 版、C9-C15)。

rH 0 = 4 (-285.8) + 2 90.25 + 3 64.77 - 2 (-205.0) = -358.4 kJ

(銅 3 モルに基づく)。

答え。 -358.4kJ。

例3-4。 298 K での生成エンタルピーが与えられた場合、1000 K でのメタンの燃焼エンタルピーを計算します。 fH 0 (CH 4) = -17.9 kcal/mol、 fH 0 (CO 2 ) = -94.1 kcal/mol、 fH 0 (H 2 O (g)) = -57.8 kcal/mol。 298 ～ 1000 K の範囲のガスの熱容量 (cal/(mol. K) 単位) は次のようになります。

Ｃ ｐ （ＣＨ ４ ）＝３．４２２＋０．０１７８。 T, CP(O2) = 6.095 + 0.0033。 T,

C p (CO 2 ) = 6.396 + 0.0102。 T, CP(H 2 O (g)) = 7.188 + 0.0024。 T.

解決。 メタン燃焼反応のエンタルピー

CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

298 K での値は次と等しくなります。

94.1 + 2 (-57.8) - (-17.9) = -191.8 kcal/mol。

温度の関数としての熱容量の違いを見つけてみましょう。

CP = CP(CO2)+2 CP(H2O(g)) - CP(CH4) - 2 CP(O2) =
= 5.16 - 0.0094T(cal/(mol K))。

1000 K での反応のエンタルピーは、キルヒホッフの式を使用して計算されます。

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0.0094 (1000 2 -298 2)/2 = -192500 cal/mol。

答え。 -192.5 kcal/mol。

タスク

3-1. 500 gのAl（融点658℃、 H 0 pl = 92.4 cal/g)、で撮影 室温、溶融状態になる場合 CP(アル TV) = 0.183 + 1.096 10 -4 T cal/(g・K)?

3-2. 温度 1000 K の開放容器内で起こる反応 CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g) の標準エンタルピーは 169 kJ/mol です。 同じ温度で密閉容器内で起こるこの反応の熱はいくらですか?

3-3. 液体ベンゼンの標準生成エンタルピーが 49.0 kJ/mol である場合、298 K での液体ベンゼンの生成の標準内部エネルギーを計算します。

3-4. N 2 O 5 の生成エンタルピー (g) を計算します。 T= 298 K 以下のデータに基づく:

2NO(g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g)、 H 1 0 = -114.2 kJ/mol、

4NO 2 (g) + O 2 (g) = 2N 2 O 5 (g)、 H 2 0 = -110.2 kJ/mol、

N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g)、 H 3 0 = 182.6 kJ/mol。

3-5. 25℃におけるグルコース、フルクトース、スクロースの燃焼エンタルピーは-2802に等しく、
それぞれ -2810 および -5644 kJ/mol。 スクロースの加水分解熱を計算します。

3-6. ジボラン B 2 H 6 (g) の生成エンタルピーを求めます。 T= 298 K 以下のデータから:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) = B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g)、 H 1 0 = -2035.6 kJ/mol、

2B(テレビ) + 3/2 O 2 (g) = B 2 O 3 (テレビ)、 H 2 0 = -1273.5 kJ/mol、

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g)、 H 3 0 = -241.8 kJ/mol。

3-7. 単体物質からの硫酸亜鉛の生成熱を計算します。 T= 298 K 以下のデータに基づく。