반응의 열 효과. 다른 온도에서 화학 반응의 열 효과를 계산하는 방법

열 효과, 열 방출 또는 흡수 열역학. 화학 물질이 흐르는 동안 시스템. 지구. 시스템이 작동하지 않고(확장 가능한 작업 제외), t-ry와 제품이 동일한 조건에서 결정됩니다. 열은 상태 함수가 아니기 때문에, 즉 상태 전환 동안 전환 경로에 따라 달라지며 일반적으로 열 효과는 특정 지역의 특성으로 작용할 수 없습니다. 두 가지 경우에, 무한히 적은 양의 열(원소 열) d Q는 상태 함수의 총 미분과 일치합니다. 일정한 부피 d Q \u003d dU(U는 시스템의 내부 에너지) 및 상수 d Q \u003d dH (H는 시스템의 엔탈피입니다).

두 가지 유형의 열 효과가 실질적으로 중요합니다. 등온 등압(일정한 t-re T 및 p에서) 및 등온 등온선(일정한 T 및 체적 V에서)입니다. 미분 및 적분 열 효과가 있습니다. 차동 열 효과는 다음 식에 의해 결정됩니다.

어디서 u i , h i -acc. 부분 어금니 내선 에너지와 ; v 나는 -화학량론적. 계수 (v i > 제품의 경우 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, 지역이 호출되었습니다. 흡열성, 효과의 반대 기호가 있는 발열성. 두 가지 유형의 효과는 관계에 의해 관련됩니다.

열 효과의 온도 의존성이 주어지며 엄밀히 말하면 해당 지역과 관련된 모든 물질의 부분 몰 값에 대한 지식이 필요하지만 대부분의 경우 이러한 양은 알 수 없습니다. 유입되는 지역을 위해 실제 솔루션및 기타 열역학적으로 비이상적인 매체, 열 효과는 다른 것과 마찬가지로 시스템 및 실험의 구성에 크게 의존합니다. 조건에 따라 다른 지역과 열 효과의 체계를 쉽게 비교할 수 있는 접근 방식이 개발되었습니다. 이 목적은 표준 열 효과(표시됨)의 개념에 의해 제공됩니다. 표준은 지구에 참여하는 모든 섬이 주어진 섬에 있는 조건에서 (종종 가상적으로) 수행되는 열 효과로 이해됩니다. 미분 적분 표준 열 효과는 항상 수치적으로 동일합니다. 표준 열 효과는 표준 형성 열 또는 열의 표를 사용하여 쉽게 계산됩니다. 연소 내부(아래 참조). 비이상적인 매체의 경우 실제로 측정된 열 효과와 표준 열 효과 사이에 큰 불일치가 있으므로 열역학 계산에서 열 효과를 사용할 때 이를 염두에 두어야 합니다. 예를 들어, 알칼리성 diacetimide [(CH 3 CO) 2 NH (tv) + H 2 O (l) \u003d \u003d CH 3 SOCH 2 (tv) + CH 3 COOH (l) +] 0.8 n. 298K에서 물 (58 질량 %)의 NaOH 용액, 측정 된 열 효과 D H 1 \u003d - 52.3 kJ / . 동일한 지역의 경우 표준 조건에서 = - 18.11 kJ /가 얻어졌습니다. 그것은 많은 것을 의미합니다. 그 차이는 표시된 p-용매(열)에서 내부에 수반되는 열 효과에 의해 설명됩니다. 고체의 경우 액체 아세트산과 열은 각각 동일합니다. D H 2 = 13.60; D H 3 = - 48.62; D H 4 \u003d - 0.83 kJ / 그래서 \u003d D H 1 - D H 2 - D H 3 + D H 4. 예시 보기에서그러나 열 효과 연구에서 수반되는 물리적 열 효과를 측정하는 것이 중요합니다. 프로세스.

열 효과에 대한 연구는 가장 중요한 임무. 기본 실험적인 방법은 열량계입니다. 현대의 이 장비를 사용하면 기체, 액체 및 고체상의 열적 영향을 상경계뿐만 아니라 복잡한 상경계에서도 연구할 수 있습니다. 시스템. 일반적으로 측정된 열 효과의 범위는 수백 J/에서 수백 kJ/입니다. 테이블에서. 열량 데이터가 제공됩니다. 특정 지역의 열 효과 측정. 열 효과, 희석 및 열을 측정하면 실제로 측정된 열 효과에서 표준 열 효과로 이동할 수 있습니다.

중요한 역할은 Comm. 형성 열의 두 가지 유형의 열 효과에 속합니다. ~에서 간단한 인 인그리고 in-in이 높은 원소의 형성과 함께 in-in 순수의 발열량. 이러한 열 효과는 표준 조건으로 축소되고 표로 작성됩니다. 그들의 도움으로 열 효과를 쉽게 계산할 수 있습니다. 그것은 대수와 같다 지구 내부에 참여하는 모든 사람의 형성열 또는 연소열의 합계:

표 값의 적용 허용열 효과 계산 pl. 이러한 가치 자체는 소수에게만 알려져 있지만 천 개 지역. 천 연결. 그러나 이 계산 방법은 계산된 작은 값이 대수적으로 얻어지기 때문에 열 효과가 작은 지역에는 적합하지 않습니다. 여러 개의 합 대량, 오류, 복근의 가장자리가 특징입니다. 열 효과를 초과할 수 있습니다. 수량을 사용한 열 효과 계산 상태 기능이 있다는 사실에 근거합니다. 이것은 열화학 시스템을 구성하는 것을 가능하게 합니다. 필요한 p-tion의 열 효과를 결정하기 위한 ur-tions(참조). 거의 항상 표준 열 효과를 계산합니다. 위에서 논의한 방법 외에도 열 효과의 계산은 방정식의 온도 의존성에 따라 수행됩니다.

7. 에서 반응의 열 효과를 계산합니다. 표준 조건: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g), 형성 열: Fe 2 O 3 (t) \u003d - 821.3 kJ / mol; CO (g) = – 110.5 kJ/mol;

CO 2 (g) \u003d - 393.5 kJ / mol.

Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g),

초기 물질 및 반응 생성물의 연소에 대한 표준 열 효과를 알면 표준 조건에서 반응의 열 효과를 계산합니다.

16. 온도에 대한 화학 반응 속도의 의존성. 반트 호프의 법칙. 반응 온도 계수.

활성 분자 간의 충돌만이 반응을 일으키며, 그 평균 에너지는 반응 참가자의 평균 에너지를 초과합니다.

특정 활성화 에너지 E가 분자에 전달되면(평균 이상의 초과 에너지) 분자 내 원자 상호작용의 잠재적 에너지가 감소하고 분자 내 결합이 약해지며 분자가 반응성을 갖게 됩니다.

활성화 에너지는 반드시 외부에서 공급되는 것은 아니며 충돌하는 동안 에너지를 재분배하여 분자의 일부에 전달될 수 있습니다. Boltzmann에 따르면, N 분자 중 다음 수의 활성 분자 N  가 증가하고 에너지가 증가합니다 

N N e – E / RT

여기서 E는 활성화 에너지로, 반응이 가능하기 위해 분자가 가져야 하는 평균 수준과 비교하여 필요한 초과 에너지를 나타냅니다. 나머지 명칭은 잘 알려져 있습니다.

두 온도 T 1 및 T 2에 대한 열 활성화 동안 속도 상수의 비율은 다음과 같습니다.

, (2) , (3)

두 가지 다른 온도 T 1 과 T 2 에서 반응 속도를 측정하여 활성화 에너지를 결정할 수 있습니다.

온도가 10 0 증가하면 반응 속도가 2~4배 증가합니다(대략적인 van't Hoff 규칙). 온도가 100 증가할 때 반응 속도(따라서 속도 상수)가 몇 배나 증가하는지 나타내는 숫자를 반응 온도 계수라고 합니다.

 (4) .(5)

이것은 예를 들어 조건부로 허용되는 증가에 대해 온도가 100 0 증가한다는 것을 의미합니다. 평균 속도 2배( = 2) 반응 속도는 2 10 씩 증가합니다. 즉, 약 1000회, 그리고  = 4 - 4 10 일 때, 즉 1000000번. van't Hoff 규칙은 좁은 범위의 비교적 낮은 온도에서 일어나는 반응에 적용할 수 있습니다. 온도가 증가함에 따라 반응 속도가 급격히 증가하는 것은 활성 분자의 수가 기하급수적으로 증가한다는 사실에 의해 설명됩니다.

25. Van't Hoff 화학 반응 등온선 방정식.

자의적 반응에 대한 집단행동의 법칙에 따라

그리고 A + bB = cC + dD

직접 반응 속도에 대한 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

,

역반응 속도:

.

반응이 왼쪽에서 오른쪽으로 진행됨에 따라 물질 A와 B의 농도가 감소하고 정반응 속도가 감소합니다. 반면에 반응 생성물 C와 D가 축적됨에 따라 반응 속도는 오른쪽에서 왼쪽으로 증가합니다. 속도 υ 1 과 υ 2 가 같아지는 순간이 오면 모든 물질의 농도는 변하지 않고 그대로 유지됩니다.

,

여기서 K c = k 1 / k 2 =

.

직접 및 역반응의 속도 상수의 비율과 동일한 상수 값 K c는 출발 물질의 평형 농도와 상호 작용의 생성물(화학량론적 계수 측면에서)을 통해 평형 상태를 정량적으로 설명합니다. 평형상수라고 한다. 평형 상수는 주어진 온도에 대해서만 일정합니다.

K c \u003d f (T). 화학 반응의 평형 상수는 일반적으로 비율로 표현되며, 분자는 반응 생성물의 평형 몰 농도의 곱이고 분모는 출발 물질의 농도의 곱입니다.

반응 성분이 이상 기체의 혼합물인 경우 평형 상수(Kp)는 성분의 부분 압력으로 표현됩니다.

.

K p에서 K로의 전환을 위해 상태 P · V = n · R · T의 방정식을 사용합니다. 왜냐하면

, P = C·R·T. .

반응이 기체 상의 몰 수를 변경하지 않고 진행되는 경우, 즉 K p = K s인 방정식을 따릅니다. (c + d) = (a + b)일 때.

반응이 일정한 P와 T 또는 V와 T에서 자발적으로 진행되면 이 반응의 값 G 및 F는 다음 방정식에서 얻을 수 있습니다.

,

여기서 C A, C B, C C, C D는 초기 물질 및 반응 생성물의 비평형 농도입니다.

,

여기서 P A, P B, P C, P D는 초기 물질 및 반응 생성물의 분압입니다.

마지막 두 방정식은 van't Hoff 화학 반응 등온 방정식이라고 합니다. 이 관계는 초기 물질의 다양한 농도에서 반응의 방향을 결정하기 위해 반응의 G 및 F 값을 계산하는 것을 가능하게 합니다.

기체 시스템과 반응에 고체가 포함된 용액(즉, 불균일 시스템의 경우) 모두에 대해 고체상의 농도는 평형 상수에 대한 표현에 포함되지 않습니다. 이 농도는 실질적으로 일정하기 때문입니다. 그래서 반응을 위해

2 CO (g) \u003d CO 2 (g) + C (t)

평형 상수는 다음과 같이 작성됩니다.

.

온도에 대한 평형 상수의 의존성(온도 T 1에 대한 온도 T 2의 경우)은 다음 반트 호프 방정식으로 표현됩니다.

,

여기서 Н 0은 반응의 열 효과입니다.

흡열 반응 (반응은 열 흡수로 진행됨)의 경우 평형 상수는 온도가 증가함에 따라 증가하고 시스템은 말하자면 가열에 저항합니다.

34. 삼투, 삼투압. Van't Hoff 방정식과 삼투압 계수.

삼투는 다른 농도의 용액을 더 낮은 농도의 용액에서 더 높은 농도의 용액으로 분리하는 반투막을 통한 용매 분자의 자발적인 이동으로 후자의 희석으로 이어집니다. 반투막으로 작은 용매 분자만 선택적으로 통과할 수 있는 작은 구멍을 통해 크거나 용매화된 분자 또는 이온이 유지되는 셀로판 필름은 고분자량 물질의 경우, 저분자량 물질의 경우 필름으로 자주 사용됩니다. 구리 페로시안화물. 외부 정수압이 더 높은 농도의 용액에 가해지면 용매 이동(삼투) 과정을 방지할 수 있습니다(평형 조건에서 이것은 문자 로 표시되는 소위 삼투압이 됩니다). 비전해질 용액에서  값을 계산하기 위해 경험적 Van't Hoff 방정식이 사용됩니다.

여기서 C는 물질의 몰 농도, mol/kg입니다.

R은 보편적인 기체 상수, J/mol K입니다.

삼투압의 값은 주어진 부피의 용액에 용해된 하나 이상의 물질의 분자 수(일반적으로 입자 수)에 비례하며 그 성질 및 용매의 성질에 의존하지 않습니다. 전해질이 강하거나 약한 용액에서는 분자의 해리로 인해 개별 입자의 총 수가 증가하므로 등장 계수라고 하는 적절한 비례 계수를 삼투압 계산식에 도입할 필요가 있습니다.

i CRT,

여기서 i는 등장 계수이며 이온 수와 해리되지 않은 전해질 분자 수의 합과 이 물질의 초기 분자 수의 비율로 계산됩니다.

따라서 전해질 해리 정도, 즉 용질의 총 분자 수에 대한 이온으로 분해된 분자 수의 비율은 이고 전해질 분자는 n개의 이온으로 분해되며 등장 계수는 다음과 같이 계산됩니다.

i = 1 + (n – 1) ,(i > 1).

강한 전해질의 경우  = 1, i = n을 취할 수 있으며 계수 i(또한 1보다 큼)를 삼투 계수라고 합니다.

삼투 현상은 큰 중요성식물 및 동물 유기체의 경우 많은 물질의 용액과 관련하여 세포의 막이 반투막의 특성을 가지고 있기 때문입니다. 에 깨끗한 물세포는 어떤 경우에는 막이 파열될 때까지 강하게 팽창하고, 염 농도가 높은 용액에서는 반대로 물의 큰 손실로 인해 크기가 감소하고 수축합니다. 따라서 식품을 보존할 때 첨가합니다. 많은 수의소금이나 설탕. 그러한 조건에서 미생물의 세포는 손실됩니다. 엄청난 양물과 죽음.

일 #6

표에 주어진 물질의 평균 열용량을 계산하십시오. 6, 298에서 298 사이의 온도 범위에서 티에게.

표 6

	물질			물질

해결책:

298에서 800 사이의 온도 범위에서 암모니아의 평균 열용량 계산을 고려하십시오. 에게.

열용량- 이것은 가열에 수반되는 온도 상승에 대한 가열 중에 신체가 흡수하는 열량의 비율입니다. 개별 물질의 경우 다음이 있습니다. 특정한(1 킬로그램) 및 어금니(1몰) 열용량.

실제 열용량

, (21)

어디 δ 큐 인체의 온도를 극소량만큼 높이는 데 필요한 극미량의 열량 dT .

평균 열용량열의 비율입니다 큐온도 상승에 ∆ 티 = 티 2 – 티 1 ,

.

열은 상태 함수가 아니며 프로세스 경로에 따라 달라지므로 가열 프로세스가 발생하기 위한 조건을 지정해야 합니다. 극미한 변화에 대한 isochoric 및 isobaric 프로세스에서 δ 큐 V = 듀 그리고 δ 큐 피 = DH, 그래서

그리고
. (22)

사이의 연결 진정한 아이소코릭(에서 V) 그리고 등압 (씨 피) 열용량물질 및 평균등코릭
그리고 등압
열용량~의 온도 범위에서 티 1 ~ 전에 티 2 는 식 (23) 및 (24)로 표현됩니다.

; (23)

. (24)

온도에 대한 실제 열용량의 의존성은 다음 경험 방정식으로 표현됩니다.

; (하지 않기 위해 유기물) (25)

. (유기물질용) (26)

물리 및 화학적 양의 참고서를 사용합시다. 온도에 대한 암모니아의 등압 열용량 의존성에 대한 방정식의 계수 (a, b, c)를 작성합시다.

표 7

물질
		비·십 3	씨 / ·십 –5

온도에 대한 암모니아의 실제 열용량 의존성에 대한 방정식을 작성합니다.

.

이 방정식을 공식 (24)에 대입하고 암모니아의 평균 열용량을 계산합니다.

= 1/(800-298)
=

0.002 = 43.5J/mol K

작업 #7

표에 주어진 화학 반응에 대해. 2, 온도의 함수로서 반응 생성물의 열용량의 합을 플롯
및 온도에 대한 초기 물질의 열용량의 합
. 종속 방정식
핸드북에서 가져오세요. 화학 반응 중 열용량의 변화를 계산하십시오 (
) 298K, 400K 및 티 K(표 6).

해결책:

암모니아 합성 반응을 예로 사용하여 298K, 400K 및 600K의 온도에서 열용량의 변화를 계산해 보겠습니다.

화학 양론적 계수를 고려하여 초기 물질 및 반응 생성물의 온도에 대한 암모니아의 실제 열용량 의존성에 대한 방정식의 계수 (a, b, c, c /) 1 . 계수의 합을 계산해 봅시다. 예를 들어 계수의 합 ㅏ시작 재료는 다음과 같습니다.

= 27.88 + 3 27.28 = 109.72.

계수의 합 ㅏ반응 생성물은

= 2 29.8 = 59.6.

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

표 8

물질			비·십 3	씨 / ·십 – 5	초 10 6
초기의 물질
( , , )
( , , )
, ,

따라서 종속 방정식

반응 생성물의 경우 다음과 같은 형식을 갖습니다.

\u003d 59.60 + 50.96 10 -3 T - 3.34 10 5 / T 2.

온도에 대한 반응 생성물의 열용량 합계의 의존성을 플롯하려면
여러 온도에서 열용량의 합을 계산하십시오.

T = 298K에서

\u003d 59.60 + 50.96 10 -3 298 - 3.34 10 5 / 298 2 \u003d 71.03 J / K;

T에서 = 400K
= 77.89 J/K;

T = 600K에서
= 89.25J/K

종속 방정식
시작 재료의 형식은 다음과 같습니다.

\u003d 109.72 + 14.05 10 -3 T + 1.50 10 -5 / T 2.

마찬가지로 우리는 계산합니다
여러 온도에서 출발 물질:

T=298K에서

\u003d 109.72 + 14.05 10 -3 298 + 1.50 10 5 / 298 2 \u003d 115.60 J / K;

T = 400K에서
= 116.28J/K;

T = 600K에서
= 118.57 J/K

다음으로 등압 열용량의 변화를 계산합니다.
여러 온도에서 반응하는 동안:

\u003d -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

계산 된 값을 기반으로 반응 생성물의 열용량 합계와 온도에 대한 출발 물질의 열용량 합계 의존성 그래프를 작성합니다.

그림 2. 암모니아 합성 반응 온도에 따른 초기 물질 및 반응 생성물의 총 열용량 의존성

이 온도 범위에서 출발 물질의 총 열용량은 제품의 총 열용량보다 높으므로,
298K ~ 600K의 전체 온도 범위에서

작업 #8

표에 주어진 반응의 열 효과를 계산하십시오. 2, 온도에서 티 K(표 6).

해결책:

800의 온도에서 암모니아 합성 반응의 열 효과를 계산합시다. 에게.

열 효과의 의존성
온도 응답 설명 키르히호프의 법칙

, (27)

어디
- 반응 중 시스템의 열용량 변화. 방정식을 분석해 보겠습니다.

1) 만약
> 0, 즉 반응 생성물의 열용량의 합이 출발 물질의 열용량의 합보다 큰 경우 > 0,. 탐닉
증가하고 온도가 증가함에 따라 열 효과가 증가합니다.

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

3) 만약
= 0, 그러면 = 0, 열 효과는 온도에 의존하지 않습니다.

적분 형식에서 Kirchhoff 방정식의 형식은 다음과 같습니다.

. (28)

a) 공정 중에 열용량이 변하지 않는 경우, 즉 반응 생성물의 열용량의 합은 출발 물질의 열용량의 합과 같다(
), 열 효과는 온도에 의존하지 않습니다

= 상수

b) 위해 대략적인 계산우리는 온도에 대한 열용량의 의존성을 무시하고 반응 참가자의 평균 열용량 값을 사용할 수 있습니다 (
). 이 경우 계산은 공식에 따라 이루어집니다.

c) 위해 정확한 계산온도에 대한 반응에 대한 모든 참가자의 열용량 의존성에 대한 데이터가 필요합니다
. 이 경우 열 효과는 다음 공식으로 계산됩니다.

(30)

참조 데이터 (표 9)를 작성하고 작업 번호 7)과 유추하여 각 열에 대한 해당 값의 변화를 계산합니다. 얻은 데이터를 사용하여 다음을 계산합니다.

약:

\u003d -91880 + (-31.88) (800-298) \u003d -107883.8 J \u003d - 107.88 kJ.

\u003d -91880 + (-50.12) (800 - 298) + 1/2 36.91 10 -3 (800 2 - 298 2) +

-(-4.84 10 5) (1/800 - 1/298) \u003d - 107815 J \u003d - 107.82 kJ.

암모니아 합성 반응의 경우 반응 중 열용량의 변화
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

표 9

	물질			반응 생성물의 합계	출발 물질의 양	반응 과정에서 변화
,				=	=	=
, J/(mol·K)				=	=	=
				=	=	=
				=	=	=
				=	= 1,5	=
				= 0	= 0	= 0

열화학 연구 열 효과 화학 반응. 많은 경우 이러한 반응은 일정한 부피 또는 일정한 압력에서 진행됩니다. 열역학 제1법칙에 따르면 이러한 조건에서 열은 상태의 함수입니다. 일정한 부피에서 열은 내부 에너지의 변화와 같습니다.

그리고 일정한 압력에서 - 엔탈피의 변화:

화학 반응에 적용할 때 이러한 평등은 헤스의 법칙:

일정한 압력 또는 일정한 부피에서 진행되는 화학 반응의 열 효과는 반응 경로에 의존하지 않고 반응물과 반응 생성물의 상태에 의해서만 결정됩니다.

즉, 화학 반응의 열 효과는 상태 함수의 변화와 같습니다.
열화학에서 열역학의 다른 응용 프로그램과 달리 열은 다음에서 방출되는 경우 양으로 간주됩니다. 환경, 즉. 만약에 시간 < 0 или 유 < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение 시간(단순히 "반응 엔탈피"라고 함) 또는 유반응.

반응이 용액 또는 고체상에서 진행되고 부피 변화가 무시할 수 있는 경우,

시간 = 유 + (PV) 유. (3.3)

이상 기체가 반응에 참여하면 일정한 온도에서

시간 = 유 + (PV) = 유+n. RT, (3.4)

여기서 n은 반응에서 기체의 몰수의 변화입니다.

다른 반응의 엔탈피를 쉽게 비교하기 위해 "표준 상태"라는 개념이 사용됩니다. 표준 상태는 1 bar(= 10 5 Pa)의 압력과 주어진 온도에서 순수한 물질의 상태입니다.. 가스의 경우 이것은 1bar의 압력에서 가상의 상태이며 무한히 희박한 가스의 특성을 가지고 있습니다. 온도에서 표준 상태의 물질 사이의 반응 엔탈피 티, 표시( 아르 자형"반응"을 의미합니다). 열화학 방정식에서는 물질의 공식뿐만 아니라 응집체 상태 또는 결정 변형도 표시됩니다.

중요한 결과는 화학 반응의 엔탈피를 계산할 수 있게 하는 Hess의 법칙에 따릅니다.

결과 1.

반응 생성물과 시약 형성의 표준 엔탈피의 차이와 같습니다(화학량론적 계수 고려):

물질 형성의 표준 엔탈피(열) (에프"형성"을 의미함) 주어진 온도에서 이 물질 1몰의 형성 반응의 엔탈피 요소에서가장 안정적인 표준 상태. 이 정의에 따르면 표준 상태에서 가장 안정적인 단순 물질의 형성 엔탈피는 모든 온도에서 0입니다. 298K의 온도에서 물질 형성의 표준 엔탈피는 참고서에 나와 있습니다.

"형성 엔탈피"의 개념은 일반 물질뿐만 아니라 용액의 이온에도 사용됩니다. 이 경우 H + 이온은 기준점으로 사용되며 수용액의 표준 형성 엔탈피는 0과 같다고 가정합니다.

결과 2. 화학 반응의 표준 엔탈피

반응물의 연소 엔탈피와 반응 생성물 간의 차이와 같습니다(화학량론적 계수 고려).

(씨"연소"를 의미합니다). 물질의 표준 연소 엔탈피(열)를 물질 1몰의 완전 산화 반응 엔탈피라고 합니다. 이 결과는 일반적으로 유기 반응의 열 효과를 계산하는 데 사용됩니다.

결과 3. 화학 반응의 엔탈피는 끊어진 화학 결합과 형성된 화학 결합의 에너지 차이와 같습니다.

결합 에너지에 의해 A-B는 결합을 끊고 생성된 입자를 무한한 거리로 희석하는 데 필요한 에너지의 이름을 지정합니다.

AB(r) A(r) + B(r) .

결합 에너지는 항상 양수입니다.

핸드북에 있는 대부분의 열화학 데이터는 298K의 온도에서 제공됩니다. 다른 온도에서 열 효과를 계산하려면 다음을 사용하십시오. 키르히호프 방정식:

(미분형) (3.7)

(적분형) (3.8)

어디 CP반응 생성물과 출발 물질의 등압 열용량의 차이입니다. 차이점이라면 티 2 - 티 1 작으면 받아 들일 수 있습니다 CP= 상수 온도차가 크므로 온도 의존성을 사용해야 합니다. CP(티) 유형:

여기서 계수 ㅏ, 비, 씨등. 개별 물질의 경우 참고서에서 가져오고 기호는 제품과 시약의 차이를 나타냅니다(계수 고려).

예

예 3-1.액체 형성의 표준 엔탈피 및 기체수 298K에서는 각각 -285.8 및 -241.8kJ/mol입니다. 이 온도에서 물의 기화 엔탈피를 계산하십시오.

해결책. 형성 엔탈피는 다음 반응에 해당합니다.

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), 시간 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), 시간 2 0 = -241.8.

두 번째 반응은 두 단계로 수행할 수 있습니다. 첫째, 첫 번째 반응에 따라 수소를 연소시켜 액체 상태의 물을 만든 다음 물을 증발시킵니다.

H 2 O (g) \u003d H 2 O (g), 시간 0 스페인어 = ?

그러면 헤스의 법칙에 따르면,

시간 1 0 + 시간 0 스페인어 = 시간 2 0 ,

어디 시간 0 스페인어 \u003d -241.8 - (-285.8) \u003d 44.0 kJ / mol.

대답. 44.0kJ/mol.

예 3-2.반응 엔탈피 계산

6C (g) + 6H (g) \u003d C 6 H 6 (g)

a) 형성 엔탈피에 따라 b) 결합 에너지에 의해 C 6 H 6 분자의 이중 결합이 고정되어 있다고 가정합니다.

해결책. a) 형성 엔탈피(kJ/mol)는 핸드북(예: P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, pp. C9-C15)에서 확인할 수 있습니다. f H 0(C 6 H 6(g)) = 82.93, f H 0(C(g)) = 716.68, f H 0(H(g)) = 217.97. 반응 엔탈피는 다음과 같습니다.

rh 0 \u003d 82.93 - 6 716.68 - 6 217.97 \u003d -5525 kJ/mol.

b) 이 반응에서 화학 결합은 끊어지지 않고 형성만 됩니다. 고정 이중 결합 근사에서 C 6 H 6 분자는 6개의 C-H 결합, 3개의 C-C 결합 및 3개의 C=C 결합을 포함합니다. 결합 에너지(kJ/mol)(P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, p. C7): 이자형(C-H) = 412, 이자형(C-C) = 348, 이자형(C=C) = 612. 반응 엔탈피는 다음과 같습니다.

rh 0 \u003d - (6 412 + 3 348 + 3 612) \u003d -5352 kJ / mol.

-5525 kJ/mol의 정확한 결과와의 차이는 벤젠 분자에 C-C 단일 결합과 C=C 이중 결합이 없지만 6개의 C C 방향족 결합이 있다는 사실 때문입니다.

대답. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.

예 3-3.참조 데이터를 사용하여 반응 엔탈피 계산

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

해결책. 약식 이온 반응 방정식은 다음과 같습니다.

3Cu (tv) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) \u003d 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).

헤스의 법칙에 따르면 반응 엔탈피는 다음과 같습니다.

rh 0 = 4f H 0 (H 2 O (l)) + 2 f H 0(NO(g)) + 3 f H 0(Cu 2+(수용성)) - 2 f H 0 (NO 3 - (수성))

(구리와 H + 이온의 형성 엔탈피는 정의에 따라 0입니다). 형성 엔탈피를 대체하면(P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, pp. C9-C15) 다음을 찾습니다.

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

(구리 3몰 기준).

대답. -358.4kJ.

예 3-4. 298K에서 형성 엔탈피가 주어지면 1000K에서 메탄 연소 엔탈피를 계산하십시오. f H 0 (CH 4) \u003d -17.9 kcal / mol, f H 0 (CO 2) \u003d -94.1 kcal / mol, f H 0(H 2 O(g)) = -57.8 kcal/mol. 298 ~ 1000K 범위의 가스 열용량(cal/(mol. K))은 다음과 같습니다.

Cp(CH4) = 3.422 + 0.0178. 티, CP(O2) = 6.095 + 0.0033. 티,

C p (CO 2) \u003d 6.396 + 0.0102. 티, CP(H2O(g)) = 7.188 + 0.0024. 티.

해결책. 메탄의 연소 반응 엔탈피

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

298K에서:

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

온도의 함수로서 열용량의 차이를 찾아봅시다:

CP = CP(CO2) + 2 CP(H 2 O (g)) - CP(채널 4) - 2 CP(O2) =
= 5.16 - 0.0094티(cal/(mol. K)).

Kirchhoff 방정식을 사용하여 1000K에서 반응 엔탈피를 계산합니다.

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0.0094 (1000 2 -298 2) / 2 \u003d -192500 cal / mol.

대답. -192.5kcal/mol.

작업

3-1. 500g의 Al(mp. 658oC, 시간 0 pl \u003d 92.4 cal / g), 실온, 용융 상태로 CP(알 TV) \u003d 0.183 + 1.096 10 -4 티 cal/(g·K)?

3-2. 1000K의 온도에서 열린 용기에서 진행되는 반응 CaCO 3 (tv) \u003d CaO (tv) + CO 2 (g)의 표준 엔탈피는 169kJ / mol입니다. 같은 온도에서 닫힌 용기에서 진행되는 이 반응의 열은 얼마입니까?

3-3. 표준 형성 엔탈피가 49.0 kJ/mol인 경우 298 K에서 액체 벤젠 형성의 표준 내부 에너지를 계산하십시오.

3-4. 에서 N 2 O 5 (g)의 형성 엔탈피를 계산하십시오. 티= 다음 데이터를 기반으로 하는 298K:

2NO (g) + O 2 (g) \u003d 2NO 2 (g), 시간 1 0 \u003d -114.2 kJ / mol,

4NO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2N 2 O 5 (g), 시간 2 0 \u003d -110.2 kJ / mol,

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g), 시간 3 0 = 182.6kJ/mol.

3-5. 25 ° C에서 -포도당, -과당 및 자당의 연소 엔탈피는 -2802,
-2810 및 -5644 kJ/mol. 자당의 가수분해열을 계산하라.

3-6. 에서 디보란 B 2 H 6 (g)의 형성 엔탈피를 결정하십시오. 티= 다음 데이터에서 298K:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g), 시간 1 0 \u003d -2035.6 kJ / mol,

2B (tv) + 3/2 O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (tv), 시간 2 0 \u003d -1273.5 kJ / mol,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) \u003d H 2 O (g), 시간 3 0 \u003d -241.8 kJ / mol.

3-7. 다음에서 단순 물질로부터 황산아연의 형성열을 계산하십시오. 티= 298K는 다음 데이터를 기반으로 합니다.