8.4. Определение энтальпии образования соли

Энтальпию образования соли MgSO₄ можно вычислить, используя следующие термохимические уравнения:

Mg_(к) + Н₂SO_{4(ратвор)} → MgSO_{4(раствор)}+ Н_2(г); ΔН₁

Н_2(г) + S_(к) + 2O_2(г) +aq → Н₂SO_{4(ратвор)}; ΔН₂

MgSO_{4(раствор)} → MgSO_4(к)+ aq; ΔН₃

Складывая эти уравнения, получают

Mg_(к) + S_(к) + 2O_2(г) → MgSO_4(к);

= ΔН₁ + ΔН₂ + ΔН₃.

Энтальпию растворения магния в серной кислоте ΔН₁, и его безводного сульфата в воде –ΔН₃ определяют экспериментально, а энтальпия образования 0,5 н раствора H₂SO₄ ΔН₂, по справочным данным, равна –894 кДж/моль.

Выполнение работы

1. Поместить во внутренний стакан калориметра 200 мл 0,5 н. раствора серной кислоты и отметить начальную температуру при работающей мешалке.

2. Опустить через воронку туда же точно взвешенное количество магния (около 0,2 г). Зафиксировать изменение температуры по методике, описанной в общих указаниях (гл. 7).

3. Вычислить ΔН₁, используя формулы (11) и (12), где

, а m_(Mg) – навеска магния, г.

4. Таким же способом определить (–ΔН₃), растворяя точную навеску MgSO₄ (около 2 г) в 200 мл воды.

5. Вычислить ΔН₃, используя формулы (6) и (7),

где ,

m – навеска MgSO₄, г.

6. Вычислить и сравнить ее с табличным значением, равным –1280 кДж/моль.

Определить относительную ошибку вычисленной величины:

.

9. Вычисления энергии связи по тепловому эффекту

И НАОБОРОТ

Значениями энергии связи часто пользуются для вычисления тепловых эффектов реакций, если неизвестны ΔН_обр соединений, участвующих в реакциях. С другой стороны, значения теплот образования, возгонки, диссоциации и других энергетических эффектов используются для определения прочности межатомных и межмолекулярных связей. Расчеты эти не очень точны, т.к. на величину энергии химической связи между двумя атомами оказывают влияние другие, входящие в молекулу атомы. Поэтому энергия химической связи между какими-либо конкретными атомами, входящими в состав различных молекул, не совсем одинакова.

Энергия связи или энтальпия связи – это энтальпия процесса образования ковалентной связи между двумя атомами, взятыми в газообразном состоянии. Например:

Н_(г) + CI_(г) → HCI_(г); ΔН_(H–CI) = –431,4 кДж

Не путать энтальпию связи с энтальпией образования:

½ Н_2(г) + ½ CI_2(г) → HCI_(г); ΔН_обр.(HCI) = –92,3 кДж.

Значения энтальпий различных связей приведены в табл. 3 приложения.

Рассмотрим следующие, примеры вычислений.

Пример 1

Считая связь N–N в молекуле гидразина одинарной, а среднюю энергию связи N–Н в аммиаке и гидразине одинаковой и пользуясь табличными значениями энергий связи Н–Н, вычислить изменение энтальпии реакции

2NH_3(г) → N₂H_4(г) + Н_2(г)

Решение. Представим уравнение реакции в следующем виде:

На разрыв связей в исходных веществах энергия затрачивается, а при образовании связей в продуктах реакции она выделяется, поэтому, подсчитывая число определенных связей в продуктах реакции и исходном веществе, можно записать:

ΔН_{реакции} = – (ΔН_N–N + 4ΔН_N–H + ΔН_H–H) + 6ΔН_N–H =2ΔН_N–H – ΔН_N–N – ΔН_H–H =

= 2·390,6 – 113,4 – 436 = 231,8 кДж

Процесс является эндотермическим, так как на разрыв связей в исходном веществе затрачивается больше энергии, чем ее выделяется при образовании связей в продуктах реакции.

Пример 2

Рассчитать энтальпии связей С–H и С–С, используя следующие данные:

C_{(графит)} + 2H_2(г) → СH_4(г); ΔН₁ = –74,85 кДж

2C_{(графит)} + 3H_2(г) → С₂H_6(г); ΔН₂ = –84,67 кДж

C_{(графит)} → С_(г); ΔН₃ = 724 кДж

H_2(г) → 2Н_(г); ΔН₄ = 435,9 кДж

Решение:

→ C_(г) + 4H_(г); ΔH₅ = –4 ΔH_C–H

→ 2C_(г) + 6H_(г); ΔH₆ = –(ΔH_C–C + 6 ΔH_С–H)

Такие термохимические уравнения можно получить из исходных. Умножим четвертое уравнение на 2 и вычтем из первого уравнения, а результат вычтем еще из третьего уравнения, получим следующее термохимическое уравнение:

СН_4(г) → С_(г) + 4Н_(г);

ΔН₅ = ΔН₃ – (ΔН₁ – 2ΔН₄) = 1670,65 кДж.

Из второго уравнения вычтем удвоенное третье уравнение и из полученной разности вычтем утроенное четвертое уравнение:

С₂Н_6(г) → 2С_(г) + 6Н_(г);

ΔН₆ = – (ΔН₂ – 2ΔН₃ –3ΔН₄) = 2843,7 кДж

ΔН₅ = – 4ΔН_С–Н = 1670,65 кДж;

ΔН₆ = – (ΔН_С–С + 6ΔН_С–Н) = 2671 кДж

Решая систему уравнений, находим ΔН_С–Н = –419 кДж/моль,

ΔН_С–С = –330 кДж/моль.