Isı miktarı, termal etki ve oluşum ısısı nasıl hesaplanır? Reaksiyon ısısı ve termokimyasal hesaplamalar

Termal etkilerin hesaplanmasına yönelik tüm yöntemler, integral formdaki Kirchhoff denklemine dayanmaktadır.

Çoğu zaman, ilk sıcaklık olarak 298.15K standardı kullanılır.

Termal etkileri hesaplamaya yönelik tüm yöntemler, denklemin sağ tarafının integralini alma yöntemlerine indirgenir.

İntegrali alma yöntemleri:

I. Ortalama ısı kapasitelerine dayanmaktadır. Bu yöntem en basit ve en az doğru olanıdır. Bu durumda integral işaretinin altındaki ifadenin yerini seçilen aralıktaki sıcaklığa bağlı olmayan ortalama ısı kapasitesindeki değişim alır.

Ortalama ısı kapasiteleri çoğu reaksiyon için tablo haline getirilir ve ölçülür. Referans verilerini kullanarak hesaplamak kolaydır.

II. Gerçek Isı Kapasitelerine göre. (Sıcaklık serisini kullanma)

Bu yöntemde ısı kapasitesinin integrali bir sıcaklık serisi olarak yazılır:

III. Entalpinin yüksek sıcaklık bileşenlerine göre. Bu yöntem alınan yaygın Termal etkilerin hesaplanmasında roket teknolojisinin gelişmesiyle birlikte kimyasal reaksiyonlar en yüksek sıcaklıklar. İzobarik ısı kapasitesinin tanımına dayanmaktadır:

Entalpinin yüksek sıcaklık bileşeni. Belirli bir dereceye kadar ısıtıldığında tek bir maddenin entalpisinin ne kadar değişeceğini gösterir.

Kimyasal bir reaksiyon için şunu yazıyoruz:

Böylece:

3 numaralı ders.

Dersin özeti:

1. Termodinamiğin II yasası, tanımı, matematiksel gösterimi.

2. Termodinamiğin II Yasasının Analizi

3. Bazı süreçlerdeki entropi değişikliklerinin hesaplanması

Herhangi bir kimyasal reaksiyona, enerjinin ısı biçiminde salınması veya emilmesi eşlik eder.

Isının salınmasına veya emilmesine bağlı olarak, ayırt edilirler. ekzotermik Ve endotermik reaksiyonlar.

ekzotermik reaksiyonlar, ısının açığa çıktığı reaksiyonlardır (+Q).

Endotermik reaksiyonlar, ısının emildiği (-Q) reaksiyonlardır.

Reaksiyonun termal etkisi (Q), belirli miktarda başlangıç ​​reaktifinin etkileşimi sırasında açığa çıkan veya emilen ısı miktarıdır.

Termokimyasal denklem, bir kimyasal reaksiyonun termal etkisini belirten bir denklemdir. Örneğin termokimyasal denklemler şöyledir:

Termokimyasal denklemlerin mutlaka reaktiflerin ve ürünlerin toplam durumları hakkında bilgi içermesi gerektiğine de dikkat edilmelidir, çünkü değeri termal etki.

Reaksiyonun termal etkisinin hesaplamaları

Bir reaksiyonun termal etkisini bulmaya yönelik tipik bir problem örneği:

45 g glikoz denkleme göre aşırı oksijenle reaksiyona girdiğinde

C6H12O6 (katı) + 6O2 (g) = 6C02 (g) + 6H20 (g) + Q

700 kJ ısı açığa çıktı. Reaksiyonun termal etkisini belirleyin. (Sayıyı en yakın tam sayıya yazınız.)

Çözüm:

Glikoz miktarını hesaplayalım:

n(C 6 H 12 O 6) = m(C 6 H 12 O 6) / M(C 6 H 12 O 6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol

Onlar. 0,25 mol glikoz oksijenle etkileşime girdiğinde 700 kJ ısı açığa çıkar. Koşulda sunulan termokimyasal denklemden, 1 mol glikozun oksijenle etkileşiminin Q'ya eşit miktarda ısı ürettiği (reaksiyonun termal etkisi) sonucu çıkar. O halde aşağıdaki oran doğrudur:

0,25 mol glikoz - 700 kJ

1 mol glikoz - Q

Bu orandan karşılık gelen denklem aşağıdaki gibidir:

0,25 / 1 = 700 / Ç

Hangisini çözersek şunu buluruz:

Böylece reaksiyonun termal etkisi 2800 kJ olur.

Termokimyasal denklemleri kullanarak hesaplamalar

Çok daha sık Birleşik Devlet Sınavı ödevleri termokimyada termal etkinin değeri zaten bilinmektedir çünkü koşul termokimyasal denklemin tamamını verir.

Bu durumda, bilinen miktardaki reaktif veya ürünle salınan/absorbe edilen ısı miktarının veya tam tersinin hesaplanması gerekir. bilinen değerısı, reaksiyona katılan herhangi bir maddenin kütlesini, hacmini veya miktarını belirlemek gerekir.

örnek 1

Termokimyasal reaksiyon denklemine göre

3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ

68 g alüminyum oksit oluştu. Ne kadar ısı açığa çıktı? (Sayıyı en yakın tam sayıya yazınız.)

Çözüm

Alüminyum oksit maddesinin miktarını hesaplayalım:

n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol

Reaksiyonun termokimyasal denklemine göre 4 mol alüminyum oksit oluştuğunda 3330 kJ açığa çıkar. Bizim durumumuzda 0,6667 mol alüminyum oksit oluşur. Bu durumda açığa çıkan ısı miktarını x kJ ile göstererek oranı yaratırız:

4 mol Al203 - 3330 kJ

0,667 mol Al203 - x kJ

Bu oran aşağıdaki denkleme karşılık gelir:

4 / 0,6667 = 3330 / x

Bunu çözersek x = 555 kJ buluruz.

Onlar. durumunda termokimyasal denkleme göre 68 g alüminyum oksit oluştuğunda 555 kJ ısı açığa çıkar.

Örnek 2

Bir reaksiyonun sonucu olarak termokimyasal denklemi

4FeS2 (tv.) + 11O2 (g) = 8SO2 (g) + 2Fe203 (tv.) + 3310 kJ

1655 kJ ısı açığa çıktı. Açığa çıkan kükürt dioksitin (no.) hacmini (l) belirleyin. (Sayıyı en yakın tam sayıya yazınız.)

Çözüm

Reaksiyonun termokimyasal denklemine göre 8 mol SO2 oluştuğunda 3310 kJ ısı açığa çıkar. Bizim durumumuzda 1655 kJ ısı açığa çıktı. Bu durumda oluşan SO 2 miktarı x mol olsun. O halde aşağıdaki oran adildir:

8 mol S02 - 3310 kJ

x mol S02 - 1655 kJ

Buradan denklem şöyle çıkıyor:

8/x = 3310/1655

Hangisini çözersek şunu buluruz:

Dolayısıyla bu durumda oluşan SO2 maddesinin miktarı 4 mol'dür. Bu nedenle hacmi şuna eşittir:

V(S02) = V m ∙ n(S02) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(Koşulda bu gerekli olduğundan tam sayılara yuvarlanmıştır.)

Bir kimyasal reaksiyonun termal etkisine ilişkin daha fazla analiz edilmiş problemler bulunabilir.

Egzersiz yapmak 81.
Fe'nin indirgenmesi sırasında açığa çıkacak ısı miktarını hesaplayın 2 Ç 3 335,1 g demir elde edilirse metalik alüminyum. Cevap: 2543,1 kJ.
Çözüm:
Reaksiyon denklemi:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 kJ

335,1 g demir alındığında açığa çıkan ısı miktarının hesaplanması şu orandan yapılır:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1kJ,

burada demirin atom kütlesi 55.85'tir.

Cevap: 2543,1kJ.

Reaksiyonun termal etkisi

Görev 82.
Gaz halindeki etil alkol C2H5OH, etilen C2H4 (g) ve su buharının etkileşimi yoluyla elde edilebilir. Bu reaksiyonun termokimyasal denklemini önce termal etkisini hesaplayarak yazın. Cevap: -45,76 kJ.
Çözüm:
Reaksiyon denklemi:

C2H4(g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = ?

Standart madde oluşum ısılarının değerleri özel tablolarda verilmiştir. Basit maddelerin oluşum ısılarının geleneksel olarak kabul edildiği göz önüne alındığında sıfıra eşit. Hess yasasının bir sonucunu kullanarak reaksiyonun termal etkisini hesaplayalım, şunu elde ederiz:

= (C2H5OH) – [ (C2H4) + (H2O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Sembollerle ilgili reaksiyon denklemleri kimyasal bileşikler toplanma durumları veya kristal modifikasyonları ve ayrıca termokimyasal olarak adlandırılan termal etkilerin sayısal değeri gösterilir. Termokimyasal denklemlerde, özellikle belirtilmediği sürece, sabit basınç Qp'deki termal etkilerin değerleri, sistemin entalpisindeki değişime eşit olarak gösterilir. Değer genellikle denklemin sağ tarafında virgül veya noktalı virgülle ayrılmış olarak verilir. Bir maddenin topaklanma durumu için aşağıdaki kısaltılmış tanımlamalar kabul edilir: G- gazlı, Ve- sıvı, İle

Bir reaksiyon sonucunda ısı açığa çıkarsa, o zaman< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C2H4(g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = - 45,76 kJ.

Cevap:- 45,76kJ.

Görev 83.
Aşağıdaki termokimyasal denklemlere dayanarak demir (II) oksidin hidrojen ile indirgenme reaksiyonunun termal etkisini hesaplayın:

a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + C02 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/202 (g) = C02 (g); = -283,0 kJ;
c) H2(g) + 1/202(g) = H20 (g); = -241,83 kJ.
Cevap: +27,99 kJ.

Çözüm:
Demir (II) oksidin hidrojen ile indirgenmesine ilişkin reaksiyon denklemi şu şekildedir:

EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H20 (g); = ?

= (H2O) – [ (FeO)

Suyun oluşum ısısı denklem ile verilir

H2(g) + 1/202(g) = H20 (g); = -241,83 kJ,

ve demir (II) oksitin oluşum ısısı, denklem (a)'nın denklem (b)'den çıkarılmasıyla hesaplanabilir.

=(c) - (b) - (a) = -241,83 – [-283.o – (-13,18)] = +27,99 kJ.

Cevap:+27,99kJ.

Görev 84.
Gaz halindeki hidrojen sülfür ve karbondioksit etkileşime girdiğinde, su buharı ve karbon disülfür CS2 (g) oluşur. Bu reaksiyonun termokimyasal denklemini yazın ve önce termal etkisini hesaplayın. Cevap: +65,43 kJ.
Çözüm:
G- gazlı, Ve- sıvı, İle-- kristalimsi. Maddelerin toplu durumu açıksa, örneğin O 2, H 2, vb. gibi bu semboller atlanır.
Reaksiyon denklemi:

2H2S(g) + C02(g) = 2H20(g) + CS2(g); = ?

Standart madde oluşum ısılarının değerleri özel tablolarda verilmiştir. Basit maddelerin oluşum ısılarının geleneksel olarak sıfır olduğu varsayılır. Bir reaksiyonun termal etkisi Hess yasasının bir sonucu kullanılarak hesaplanabilir:

= (H20) + (СS2) – [(H2S) + (СO2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H2S(g) + C02(g) = 2H20(g) + CS2(g); = +65,43 kJ.

Cevap:+65,43kJ.

Termokimyasal reaksiyon denklemi

Görev 85.
CO (g) ile hidrojen arasındaki reaksiyonun termokimyasal denklemini yazın, bunun sonucunda CH4 (g) ve H2O (g) oluşur. Bu reaksiyon sırasında 67,2 litre metan elde edilirse ne kadar ısı açığa çıkar? normal koşullar? Cevap: 618,48 kJ.
Çözüm:
Birikme veya kristal modifikasyon durumlarının yanı sıra termal etkilerin sayısal değerinin kimyasal bileşiklerin sembollerinin yanında gösterildiği reaksiyon denklemlerine termokimyasal denir. Termokimyasal denklemlerde, özellikle belirtilmediği sürece, sistemin entalpisindeki değişime eşit sabit Q p basıncındaki termal etkilerin değerleri gösterilir. Değer genellikle denklemin sağ tarafında virgül veya noktalı virgülle ayrılmış olarak verilir. Bir maddenin topaklanma durumu için aşağıdaki kısaltılmış tanımlamalar kabul edilir: G- gazlı, Ve- bir şey, İle- kristal. Maddelerin toplu durumu açıksa, örneğin O 2, H 2, vb. gibi bu semboller atlanır.
Reaksiyon denklemi:

CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H20 (g); = ?

Standart madde oluşum ısılarının değerleri özel tablolarda verilmiştir. Basit maddelerin oluşum ısılarının geleneksel olarak sıfır olduğu varsayılır. Bir reaksiyonun termal etkisi Hess yasasının bir sonucu kullanılarak hesaplanabilir:

= (H20) + (CH4) – (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) – (-110,52) = -206,16 kJ.

Termokimyasal denklem şu şekilde olacaktır:

22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22a4 = -618,48 kJ; S = 618,48 kJ.

Cevap: 618,48kJ.

Oluşum ısısı

Görev 86.
Reaksiyonun termal etkisi oluşum ısısına eşittir. Aşağıdaki termokimyasal denklemlere dayanarak NO oluşum ısısını hesaplayın:
a) 4NH3(g) + 502(g) = 4NO(g) + 6H20(l); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) + 6H20(l); = -1530,28kJ
Cevap: 90,37 kJ.
Çözüm:
Standart oluşum ısısı, bu maddenin 1 molünün basit maddelerden oluşumunun reaksiyon ısısına eşittir. standart koşullar(T = 298 K; p = 1.0325.105 Pa). Basit maddelerden NO oluşumu şu şekilde temsil edilebilir:

1/2N 2 + 1/2O 2 = HAYIR

4 mol NO üreten reaksiyon (a) ve 2 mol N2 üreten reaksiyon (b) verilmiştir. Oksijen her iki reaksiyonda da rol oynar. Bu nedenle, NO'nun standart oluşum ısısını belirlemek için aşağıdaki Hess döngüsünü oluştururuz, yani denklem (a)'yı denklem (b)'den çıkarmamız gerekir:

Böylece 1/2N2 + 1/2O2 = NO; = +90,37 kJ.

Cevap: 618,48kJ.

Görev 87.
Kristal amonyum klorür, amonyak ve hidrojen klorür gazlarının reaksiyonu sonucu oluşur. Bu reaksiyonun termokimyasal denklemini önce termal etkisini hesaplayarak yazın. Normal koşullar altında hesaplanan reaksiyonda 10 litre amonyak tüketilirse ne kadar ısı açığa çıkar? Cevap: 78,97 kJ.
Çözüm:
Birikme veya kristal modifikasyon durumlarının yanı sıra termal etkilerin sayısal değerinin kimyasal bileşiklerin sembollerinin yanında gösterildiği reaksiyon denklemlerine termokimyasal denir. Termokimyasal denklemlerde, özellikle belirtilmediği sürece, sistemin entalpisindeki değişime eşit sabit Q p basıncındaki termal etkilerin değerleri gösterilir. Değer genellikle denklemin sağ tarafında virgül veya noktalı virgülle ayrılmış olarak verilir. Aşağıdakiler kabul edildi: İle-- kristalimsi. Maddelerin toplu durumu açıksa, örneğin O 2, H 2, vb. gibi bu semboller atlanır.
Reaksiyon denklemi:

NH3 (g) + HC1 (g) = NH4Cl (k). ; = ?

Standart madde oluşum ısılarının değerleri özel tablolarda verilmiştir. Basit maddelerin oluşum ısılarının geleneksel olarak sıfır olduğu varsayılır. Bir reaksiyonun termal etkisi Hess yasasının bir sonucu kullanılarak hesaplanabilir:

= (NH4Cl) – [(NH3) + (HCl)];
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Termokimyasal denklem şu şekilde olacaktır:

Bu reaksiyonda 10 litre amonyağın reaksiyonu sırasında açığa çıkan ısı şu orandan belirlenir:

22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ; S = 78,97 kJ.

Cevap: 78,97kJ.

Görev No.6

Tabloda verilen maddenin ortalama ısı kapasitesini hesaplayınız. 6, 298 ila 298 sıcaklık aralığında TİLE.

Tablo 6

	Madde			Madde

Çözüm:

Amonyağın ortalama ısı kapasitesinin 298 ila 800 sıcaklık aralığında hesaplanmasını ele alalım. İLE.

Isı kapasitesiısıtıldığında bir vücut tarafından emilen ısı miktarının, ısıtmaya eşlik eden sıcaklık artışına oranıdır. Bireysel bir madde için özel(bir kilogram) ve azı dişleri(bir mol) ısı kapasitesi.

Gerçek ısı kapasitesi

, (21)

Nerede δ Q - Vücut ısısını sonsuz miktarda yükseltmek için gereken sonsuz küçük miktarda ısı dT .

Ortalama ısı kapasitesiısı miktarının oranıdır Q sıcaklığın artmasına ∆ T = T 2 – T 1 ,

.

Isı, durumun bir fonksiyonu olmadığından ve proses yoluna bağlı olduğundan, ısıtma prosesi için koşulların belirtilmesi gerekmektedir. Sonsuz küçük bir değişiklik için izokorik ve izobarik süreçlerde δ Q V = dÜ Ve δ Q P = dH, Bu yüzden

Ve
. (22)

Arasındaki bağlantı gerçek izokorik(İLE V) Ve izobarik (C P) ısı kapasiteleri maddeler ve bunların ortalama izokorik
ve izobarik
ısı kapasiteleri arasındaki sıcaklık aralığında T 1 önce T 2 denklemler (23) ve (24) ile ifade edilir:

; (23)

. (24)

Gerçek ısı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılığı aşağıdaki ampirik denklemlerle ifade edilir:

; (değil için organik madde) (25)

. (organik maddeler için) (26)

Fiziksel ve kimyasal miktarların bir dizinini kullanalım. Amonyağın izobarik ısı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılığı için denklemin katsayılarını (a, b, c) yazalım:

Tablo 7

Madde
		B·10 3	C / ·10 –5

Amonyağın gerçek ısı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılığı için denklemi yazalım:

.

Bu denklemi formül (24)'te yerine koyalım ve amonyağın ortalama ısı kapasitesini hesaplayalım:

= 1/(800-298)
=

0,002 = 43,5 J/mol K.

Sorun No. 7

Tabloda verilen kimyasal reaksiyon için. 2, reaksiyon ürünlerinin ısı kapasiteleri toplamının sıcaklığa bağımlılığını çizin
ve sıcaklığa bağlı olarak başlangıç ​​maddelerinin ısı kapasitelerinin toplamı
. Bağımlılık denklemleri
referans kitabından alın. Kimyasal reaksiyon sırasında ısı kapasitesindeki değişimi hesaplayın (
) 298 K, 400 K sıcaklıklarda ve T K (Tablo 6).

Çözüm:

Amonyak sentezi reaksiyonu örneğini kullanarak 298 K, 400 K ve 600 K sıcaklıklarda ısı kapasitesindeki değişimi hesaplayalım:

Stokiyometrik katsayıları dikkate alarak, amonyağın gerçek ısı kapasitesinin başlangıç ​​malzemeleri ve reaksiyon ürünleri için sıcaklığa bağımlılığına ilişkin denklemlerin katsayılarını (a, b, c, c /) 1 yazalım. . Katsayıların toplamını hesaplayalım. Örneğin katsayıların toplamı A başlangıç ​​maddeleri için eşittir

= 27,88 + 3·27,28 = 109,72.

Oranların toplamı A reaksiyon ürünleri için eşittir

= 2·29,8 = 59,6.

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

Tablo 8

Madde			B·10 3	C / ·10 – 5	s·10 6
orijinal maddeler
( , , )
( , , )
, ,

Böylece bağımlılık denklemi

reaksiyon ürünleri için aşağıdaki forma sahiptir:

= 59,60 + 50,96·10 –3 T – 3,34·10 5 /T 2.

Reaksiyon ürünlerinin ısı kapasitesi toplamının sıcaklığa bağımlılığını çizmek
Çeşitli sıcaklıklardaki ısı kapasitelerinin toplamını hesaplayalım:

T = 298 K'da

= 59,60 + 50,96 10 –3 298 – 3,34 10 5 /298 2 = 71,03 J/K;

T'de = 400K
= 77,89J/K;

T = 600 K'da
= 89,25J/K.

Bağımlılık denklemi
başlangıç ​​maddeleri için şu forma sahiptir:

= 109,72 + 14,05·10 –3 T + 1,50·10 -5 /T2 .

Benzer şekilde hesaplıyoruz
Çeşitli sıcaklıklarda başlangıç ​​maddeleri:

T=298 K'da

=109,72 + 14,05 10 –3 298 + 1,50 10 5 /298 2 =115,60 J/K;

T = 400 K'da
= 116,28 J/K;

T = 600 K'da
= 118,57J/K.

Daha sonra izobarik ısı kapasitesindeki değişimi hesaplıyoruz
çeşitli sıcaklıklarda bir reaksiyon sırasında:

= –50,12 + 36,91 10 –3 T – 4,84 10 5 /T2,

= –44,57 J/K;

= –38,39 J/K;

= –29,32 J/K.

Hesaplanan değerleri kullanarak, reaksiyon ürünlerinin ısı kapasiteleri toplamının ve başlangıç ​​​​maddelerinin ısı kapasiteleri toplamının sıcaklığa bağımlılığının grafiklerini oluşturuyoruz.

Şekil 2. Amonyak sentezi reaksiyonu için başlangıç ​​maddelerinin ve reaksiyon ürünlerinin toplam ısı kapasitelerinin sıcaklığa bağımlılığı

Bu sıcaklık aralığında başlangıç ​​maddelerinin toplam ısı kapasitesi, ürünlerin toplam ısı kapasitesinden daha yüksektir, dolayısıyla,
298 K ila 600 K arasındaki tüm sıcaklık aralığında.

Sorun No. 8

Tabloda verilen reaksiyonun termal etkisini hesaplayın. 2, sıcaklıkta T K (Tablo 6).

Çözüm:

Amonyak sentezi reaksiyonunun termal etkisini 800 ° C sıcaklıkta hesaplayalım. İLE.

Termal etkinin bağımlılığı
sıcaklıktan kaynaklanan reaksiyonları açıklar Kirchhoff yasası

, (27)

Nerede
- reaksiyon sırasında sistemin ısı kapasitesindeki değişiklik. Denklemi analiz edelim:

1) Eğer
> 0, yani reaksiyon ürünlerinin ısı kapasitelerinin toplamı, başlangıç ​​maddelerinin ısı kapasitelerinin toplamından daha büyükse, bu durumda > 0,. bağımlılık
artar ve sıcaklık arttıkça termal etki artar.

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

3) Eğer
= 0 ise = 0, termal etki sıcaklığa bağlı değildir.

İntegral formda Kirchhoff denklemi aşağıdaki forma sahiptir:

. (28)

a) İşlem sırasında ısı kapasitesi değişmiyorsa, yani. reaksiyon ürünlerinin ısı kapasitelerinin toplamı, başlangıç ​​maddelerinin ısı kapasitelerinin toplamına eşittir (
), bu durumda termal etki sıcaklığa bağlı değildir

= sabit

b) için yaklaşık hesaplamaısı kapasitelerinin sıcaklığa bağımlılığını ihmal edebilir ve reaksiyon katılımcılarının ortalama ısı kapasitelerinin değerlerini kullanabiliriz (
). Bu durumda hesaplama formül kullanılarak yapılır.

c) için doğru hesaplama Tüm reaksiyon katılımcılarının ısı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılığı hakkında verilere ihtiyaç vardır
. Bu durumda termal etki aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

(30)

Referans verilerini (Tablo 9) yazıyoruz ve her sütun için karşılık gelen değerlerdeki değişiklikleri, 7 numaralı göreve benzeterek hesaplıyoruz. Elde edilen verileri hesaplamak için kullanırız:

Yaklaşık olarak:

= –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.

Amonyak sentezi reaksiyonu için reaksiyon sırasında ısı kapasitesindeki değişim
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

Tablo 9

	Madde			Reaksiyon ürünleri toplamı	Başlangıç ​​maddeleri miktarı	Reaksiyon sırasında değişiklik
,				=	=	=
, J/(mol K)				=	=	=
				=	=	=
				=	=	=
				=	= 1,5	=
				= 0	= 0	= 0

Termokimya, kimyasal reaksiyonların termal etkilerini inceler. Çoğu durumda bu reaksiyonlar sabit hacimde veya sabit basınçta meydana gelir. Termodinamiğin birinci yasasından, bu koşullar altında ısının bir hal fonksiyonu olduğu sonucu çıkar. Sabit hacimde ısı iç enerjideki değişime eşittir:

ve sabit basınçta - entalpideki değişim:

Bu eşitlikler kimyasal tepkimelere uygulandığında özü oluşturur. Hess yasası:

Sabit basınçta veya sabit hacimde meydana gelen bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi, reaksiyon yoluna bağlı değildir, yalnızca reaktanların ve reaksiyon ürünlerinin durumuna göre belirlenir.

Başka bir deyişle, bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi durum fonksiyonundaki değişime eşittir.
Termokimyada, termodinamiğin diğer uygulamalarından farklı olarak, ısı eğer ortamda serbest bırakılırsa pozitif kabul edilir. çevre yani Eğer H < 0 или sen < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение H(buna basitçe "reaksiyonun entalpisi" denir) veya sen reaksiyonlar.

Reaksiyon hacimdeki değişimin ihmal edilebilir olduğu çözeltide veya katı fazda meydana gelirse, o zaman

H = sen + (pV) sen. (3.3)

Reaksiyona ideal gazlar katılıyorsa, o zaman sabit sıcaklıkta

H = sen + (pV) = sen+n. RT, (3.4)

burada n, reaksiyondaki gazların mol sayısındaki değişikliktir.

Farklı reaksiyonların entalpilerinin karşılaştırılmasını kolaylaştırmak için “standart durum” kavramı kullanılır. Standart durum, saf bir maddenin 1 bar (= 10 5 Pa) basınç ve belirli bir sıcaklıktaki durumudur.. Gazlar için bu, 1 bar basınçta, sonsuz derecede seyreltilmiş bir gazın özelliklerine sahip olan varsayımsal bir durumdur. Sıcaklıkta standart hallerdeki maddeler arasındaki reaksiyonun entalpisi T, belirtmek ( R"tepki" anlamına gelir). Termokimyasal denklemler yalnızca maddelerin formüllerini değil aynı zamanda bunların toplam durumlarını veya kristalin modifikasyonlarını da gösterir.

Kimyasal reaksiyonların entalpilerini hesaplamayı mümkün kılan Hess yasasından önemli sonuçlar çıkmaktadır.

Sonuç 1.

reaksiyon ürünlerinin ve reaktiflerin standart oluşum entalpileri arasındaki farka eşittir (stokiyometrik katsayılar dikkate alınarak):

Bir maddenin standart oluşum entalpisi (ısısı) (F belirli bir sıcaklıkta "oluşum" anlamına gelir), bu maddenin bir molünün oluşumunun reaksiyonunun entalpisidir elementlerden, en kararlı standart durumda olan. Bu tanıma göre standart haldeki en kararlı basit maddelerin oluşum entalpisi herhangi bir sıcaklıkta 0'dır. 298 K sıcaklıkta maddelerin standart oluşum entalpileri referans kitaplarında verilmiştir.

"Oluşum entalpisi" kavramı yalnızca sıradan maddeler için değil aynı zamanda çözeltideki iyonlar için de kullanılır. Bu durumda H+ iyonu referans noktası olarak alınır ve sulu bir çözeltideki standart oluşum entalpisinin sıfır olduğu varsayılır:

Sonuç 2. Bir kimyasal reaksiyonun standart entalpisi

reaktanların ve reaksiyon ürünlerinin yanma entalpileri arasındaki farka eşittir (stokiyometrik katsayılar dikkate alınarak):

(C"yanma" anlamına gelir). Bir maddenin standart yanma entalpisi (ısısı), bir maddenin bir molünün tamamen oksidasyonunun reaksiyonunun entalpisidir. Bu sonuç genellikle organik reaksiyonların termal etkilerini hesaplamak için kullanılır.

Sonuç 3. Bir kimyasal reaksiyonun entalpisi, kırılan ve oluşan kimyasal bağların enerjileri arasındaki farka eşittir.

İletişim enerjisi A-B, bir bağı kırmak ve ortaya çıkan parçacıkları sonsuz bir mesafeye ayırmak için gereken enerjiyi adlandırır:

AB (g) Bir (g) + B (g) .

İletişim enerjisi her zaman pozitiftir.

Referans kitaplarındaki termokimyasal verilerin çoğu 298 K sıcaklıkta verilmektedir. Diğer sıcaklıklarda termal etkileri hesaplamak için şunu kullanın: Kirchhoff denklemi:

(diferansiyel form) (3.7)

(integral form) (3.8)

Nerede Cp- reaksiyon ürünlerinin ve başlangıç ​​maddelerinin izobarik ısı kapasiteleri arasındaki fark. Eğer fark T 2 - T 1 küçükse kabul edebilirsin Cp= sabit Büyük bir sıcaklık farkı varsa, sıcaklık bağımlılığının kullanılması gerekir. Cp(T) tip:

katsayılar nerede A, B, C vesaire. bireysel maddeler için bunlar referans kitabından alınır ve işaret, ürünler ve reaktifler arasındaki farkı gösterir (katsayılar dikkate alınarak).

ÖRNEKLER

Örnek 3-1. Sıvı ve standart oluşum entalpileri gazlı su 298 K'de sırasıyla -285,8 ve -241,8 kJ/mol'dür. Bu sıcaklıkta suyun buharlaşma entalpisini hesaplayınız.

Çözüm. Oluşum entalpileri aşağıdaki reaksiyonlara karşılık gelir:

H2(g) + S02(g) = H20(l), H 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + S02 (g) = H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.

İkinci reaksiyon iki aşamada gerçekleştirilebilir: ilk olarak, birinci reaksiyona göre sıvı su oluşturmak için hidrojen yakılır ve ardından su buharlaştırılır:

H 2 O (l) = H 2 O (g), H 0 isp = ?

O halde Hess kanununa göre,

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

Neresi H 0 isp = -241,8 - (-285,8) = 44,0 kJ/mol.

Cevap. 44,0 kJ/mol.

Örnek 3-2. Reaksiyonun entalpisini hesaplayın

6C (g) + 6H (g) = C6H6 (g)

a) oluşum entalpilerine göre; b) C6H6 molekülündeki çift bağların sabit olduğu varsayımı altında bağlanma enerjileri ile.

Çözüm. a) Oluşum entalpileri (kJ/mol cinsinden) referans kitabında bulunmaktadır (örneğin, P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5. baskı, s. C9-C15): f H 0 (C6H6(g)) = 82,93, f H 0(C(g)) = 716,68, f H 0(H(g)) = 217,97. Reaksiyonun entalpisi:

rH 0 = 82,93 - 6,716,68 - 6,217,97 = -5525 kJ/mol.

b) Bu reaksiyonda kimyasal bağlar kopmaz, sadece oluşur. Sabit çift bağların yaklaşımında C6H6 molekülü 6 C-H bağı, 3 C-C bağı ve 3 C=C bağı içerir. Bağ enerjileri (kJ/mol cinsinden) (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5. baskı, s. C7): e(C-H) = 412, e(C-C) = 348, e(C=C) = 612. Reaksiyonun entalpisi:

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

Kesin sonuç -5525 kJ/mol arasındaki fark, benzen molekülünde C-C tek bağları ve C=C çift bağları bulunmaması, ancak 6 aromatik C C bağı bulunmasından kaynaklanmaktadır.

Cevap. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.

Örnek 3-3. Referans verilerini kullanarak reaksiyonun entalpisini hesaplayın

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

Çözüm. Reaksiyonun kısaltılmış iyonik denklemi şöyledir:

3Cu (k) + 8H + (sulu) + 2N03 - (sulu) = 3Cu 2+ (sulu) + 2NO (g) + 4H20 (l).

Hess yasasına göre reaksiyonun entalpisi şuna eşittir:

rH 0 = 4f H 0 (H20 (l)) + 2 f H 0 (HAYIR (g)) + 3 f H 0 (Cu 2+ (sulu)) - 2 f H 0 (HAYIR 3 - (sulu))

(bakır ve H+ iyonunun oluşum entalpileri tanım gereği 0'a eşittir). Oluşum entalpilerinin değerlerini değiştirerek (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5. baskı, s. C9-C15), şunu buluruz:

rH 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ

(üç mol bakıra dayanarak).

Cevap. -358,4 kJ.

Örnek 3-4. 298 K'deki oluşum entalpisi verilirse, metanın 1000 K'deki yanma entalpisini hesaplayın: f H 0 (CH4) = -17,9 kcal/mol, f H 0 (CO2) = -94,1 kcal/mol, f H 0 (H20 (g)) = -57,8 kcal/mol. 298 ila 1000 K aralığındaki gazların ısı kapasiteleri (kal/(mol. K) cinsinden) şuna eşittir:

Cp(CH4) = 3,422 + 0,0178. T, Cp(O2) = 6,095 + 0,0033. T,

Cp (C02) = 6,396 + 0,0102. T, Cp(H20 (g)) = 7,188 + 0,0024. T.

Çözüm. Metanın yanma reaksiyonunun entalpisi

CH4 (g) + 2O2 (g) = C02 (g) + 2H20 (g)

298 K'da şuna eşittir:

94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kcal/mol.

Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ısı kapasitelerindeki farkı bulalım:

Cp = Cp(CO2) + 2 Cp(H20(g)) - Cp(CH 4) - 2 Cp(O2) =
= 5.16 - 0.0094T(kal/(mol K)).

1000 K'deki reaksiyonun entalpisi Kirchhoff denklemi kullanılarak hesaplanır:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2)/2 = -192500 cal/mol.

Cevap. -192,5 kcal/mol.

GÖREVLER

3-1. 500 g Al'ı aktarmak için ne kadar ısı gerekir (mp 658 o C, H 0 pl = 92,4 cal/g), şu saatte alınmıştır: oda sıcaklığı eğer erimiş haldeyse Cp(Al TV) = 0,183 + 1,096 10 -4 T cal/(g K)?

3-2. Açık bir kapta 1000 K sıcaklıkta meydana gelen CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) reaksiyonunun standart toplu ısısı 169 kJ/mol'dür. Aynı sıcaklıkta fakat kapalı bir kapta meydana gelen bu reaksiyonun ısısı nedir?

3-3. Sıvı benzenin standart oluşum entalpisi 49,0 kJ/mol ise, 298 K'deki sıvı benzenin standart iç enerjisini hesaplayın.

3-4. N 2 O 5 (g)'nin oluşum entalpisini hesaplayın T= 298 K aşağıdaki verilere göre:

2NO(g) + O2 (g) = 2NO2 (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,

N2(g) + Ö2(g) = 2NO(g), H 3 0 = 182,6 kJ/mol.

3-5. -Glikoz, -fruktoz ve sakkarozun 25 o C'de yanma entalpileri -2802'ye eşittir,
Sırasıyla -2810 ve -5644 kJ/mol. Sakkarozun hidroliz ısısını hesaplayınız.

3-6. diboran B 2 H 6 (g)'nin oluşum entalpisini belirleyin. T= 298 K aşağıdaki verilerden:

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(tv) + 3/2 Ö 2 (g) = B 2 Ö 3 (tv), H 2 0 = -1273,5 kJ/mol,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g), H 30 = -241,8 kJ/mol.

3-7. Basit maddelerden çinko sülfatın oluşma ısısını hesaplayın T= 298 K, aşağıdaki verilere göre.