Вопрос4.

Теплоты химических реакций при постоянной температуре и давлении или объеме.Термохимические уравнения.Стандартные энтальпии образования и сгорания веществ.

Термохимические уравнения.

Термохимические уравнения записываются как обычные химические уравнения реакций, но с указанием величины, и знака теплового эффекта реакции. Поскольку химические эксперименты проводятся в большинстве случаев при постоянном давлении, поэтому в дальнейшем тепловые эффекты реакции будут выражаться через изменение энтальпии (дельта H), кот.приведены в большинстве термодинамических таблиц и справочниках. Пользуясь известными -дельтаU=Qv,

-дельта H=Qp, можно рассчитать остальные величины.

Например:термохимическое уравнение реакции восстановления оксида свинца оксидом углерода записывается так:

PbOкр.+СOгаз=Pbкр+СO2газ;дельта H=-64кДж, или PbOкр.+СOгаз=Pbкр+СO2газ+64 кДж

Изменение энтальпии в реакции составляет (дельта H=-64кДж,а тепловой эффект реакции Qр равен +64кДж.Следовательно, энергосодержание реагирующей системы уменьшилось(знак минус перед величиной изменения энтальпии) на 64 кДж, а в окружающую среду рассеялось 64кДж энергии(положительный эффект реакции).

В термохимических уравнениях указывают агрегатное состояние веществ:кристаллическое(кр.),гащообразное(газ), жидкое(ж.), т.к. тепловой эффект реакции зависит от состояния реагирующих веществ и продуктов реакции.(напр.вода в жидком и твердом состоянии будет обладать разным энергосодержанием.)

Экзотермические реакции протекают с выделением энергии,напр.:

H2газ+1/2O2газ=H2Oпар+241,8 кДж.(Qр=241,8кДж, дельта Н=-241,8 кДж)

Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии,напр.диссоциация воды:

H2Oж=H⁺_{водный раствор}+OH^-_{водный раствор} -57,5кДж(реакция диссоциации ионов протекает с поглощением тепла.Qр=-57,5кДж, дельта H=+57,5кДж)

В термохимических уравнениях допускаются дробные коэффициенты, поскольку приводимые тепловые эффекты или изменения энтальпии относят на 1 моль исходного вещества или продукта реакции.Напр.: N2газ+1/2O2газ=N2O газ -82,0 кДж(Qр= -82,0кДж относится к 1 моль азота или к 1 молю продукта реакции NO2)

Стандартная энтальпия образования (стандартная теплота образования)

Под стандартной теплотой образования понимают тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ, его составляющих, находящихся в устойчивых стандартных состояниях.

Например, стандартная энтальпия образования 1 моль метана из углерода и водорода равна тепловому эффекту реакции:

С(тв) + 2H2(г) = CH4(г) + 76 кДж/моль.

Стандартная энтальпия образования обозначается ΔH⁰f. Здесь индекс f означает formation (образование), а перечеркнутый кружок, напоминающий диск Плимсоля[1] — то, что величина относится к стандартному состоянию вещества. В литературе часто встречается другое обозначение стандартной энтальпии — ΔH298,150, где 0 указывает на равенство давления одной атмосфере[2] (или, несколько более точно, на стандартные условия[3]), а 298,15 — температура. Иногда индекс 0 используют для величин, относящихся к чистому веществу, оговаривая, что обозначать им стандартные термодинамические величины можно только тогда, когда в качестве стандартного состояния выбрано именно чистое вещество[4]. Стандартным также может быть принято, например, состояние вещества в предельно разбавленном растворе. «Диск Плимсоля» в таком случае означает собственно стандартное состояние вещества, независимо от его выбора.

Энтальпия образования простых веществ принимается равной нулю, причем нулевое значение энтальпии образования относится к агрегатному состоянию, устойчивому при T = 298 K. Например, для йода в кристаллическом состоянии ΔHI2(тв)0 = 0 кДж/моль, а для жидкого йода ΔHI2(ж)0 = 22 кДж/моль. Энтальпии образования простых веществ при стандартных условиях являются их основными энергетическими характеристиками.

Тепловой эффект любой реакции находится как разность между суммой теплот образования всех продуктов и суммой теплот образования всех реагентов в данной реакции (следствие закона Гесса):

ΔHреакцииO = ΣΔHfO (продукты) — ΣΔHfO (реагенты)

Термохимические эффекты можно включать в химические реакции. Химические уравнения в которых указано количество выделившейся или поглощенной теплоты, называются термохимическими уравнениями. Реакции, сопровождающиеcя выделением тепла в окружающую среду имеют отрицательный тепловой эффект и называются экзотермическими. Реакции, сопровождающиеся поглощением тепла имеют положительный тепловой эффект и называются эндотермическими. Тепловой эффект обычно относится к одному молю прореагировавшего исходного вещества, стехиометрический коэффициент которого максимален.

Стандартная энтальпия сгорания

Стандартная энтальпия сгорания — ΔHгоро, тепловой эффект реакции сгорания одного моля вещества в кислороде до образования оксидов в высшей степени окисления. Теплота сгорания негорючих веществ принимается равной нулю.