Энтальпия (теплота) образования сложного вещества f н0298 Тепловой эффект образования 1 моль вещества из простых веществ, устойчивых при 298 к и давлении 101 кПа

стандартные энтальпии образования веществ при стандартном состоянии и температуре 298 К сведены в таблицы _f Н^o₂₉₈ . Размерность: [_fН^o]= [кДж/моль]

ПРИМЕР

Серную кислоту H₂SO₄ можно получать несколькими способами, каждая химическая реакция имеет свой тепловой эффект:

SO_2,(г) + H₂O_{( ж)} + O_2,(г) = H₂SO_{4,(ж )} , _rН⁰_{298, (1)}

Н_2,(г) + 2О_2(г) + S_{( к)} = H₂SO_{4,(ж )} , _rН⁰ _{298, (2)}

SO_3,(г) + H₂O_{( ж)} = H₂SO_{4,(ж )} , _rН⁰_{298, (3)}

Только во второй реакции H₂SO₄ получается из простых, устойчивых веществ, поэтому

_r Н⁰_{298, (2)} = Δ_f Н⁰₂₉₈ (H₂SO₄) = - 811,3 кДж/моль

Следствие из закона Гесса:

энтальпия химической реакции равна сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ (с учетом стехиометрических коэффициентов):

Δ _r Н⁰ = ∑ Δ_f Н⁰_{продуктов} - ∑Δ_f H⁰_{исх веществ}

Задача Для химической реакции

С_(к) + СО_{2, (г)} = 2СО_(г)

Рассчитать энтальпию ∆_rН⁰₂₉₈ и изменение внутренней энергии ∆_rU⁰₂₉₈ системы при изохорно-изотермическом протекании реакции при 298 К.

Решение

По табличным данным находим:

Δ_f Н⁰_{298 Ск} = 0

Δ_f Н⁰_{298 СО2г} = - 393,5 кДж/моль

Δ_f Н⁰_{298 СОг} = - 110,5 кДж/моль

Δ_r Н⁰₂₉₈ = 2Δ_f Н⁰_{298 СОг} - Δ_f Н⁰_{298 Ск} - Δ_f Н⁰_{298 СО2г} =

= 2(-110,5) – 0 – (-393,5) = 172,5 кДж.

Δ_r Н⁰₂₉₈ >0 - реакция эндотермическая.

Q_p = Q_V + ∆νRT, Q_V = - DU, Q_p = - H, ∆ν = 2 - 1= 1

∆_r U⁰₂₉₈ = ∆_r H⁰₂₉₈ – ∆νRT =

172,5 – 1^. 8,31^. 298 ^.10^-3 = 170,0 кДж. (размерность!)

Задача Для химической реакции

(1) С_(к) + СО_{2, (г)} = 2СО_(г)

рассчитать Δ_r Н⁰_{298 (1)} реакции (1), если известно:

(2) 2С_(к) + О_{2, (г)} = 2СО_(г) , Δ_r Н⁰₂₉₈ = - 221 кДж

(3) 2СО_(г) + О_{2, (г)} = 2СО_{2, (г)} , Δ_r Н⁰₂₉₈ = - 566,1 кДж.

Решение

С термохимическими уравнениями можно производить алгебраические действия:

уравнение(1) = ½уравнение(2) – ½уравнение(3) 

½ (2С_(к)+ О_2(г)) - ½ (2СО_(г) + О_2(г)) = ½ 2СО_(г) - ½ 2СО_2(г)

∆_rH⁰₁ = ½ (∆_rH⁰₂ - ∆_rH⁰₃) = ½[-221 – (-566,1)] = =172,5 кДж.

**** Энтропия. Движущие силы процессов

Любая макросистема состоит из множества микросистем , каждая из которых обладает своими микропараметрами.

Состояние системы - макросостояние - можно охарактеризовать набором микросостояний составляющих ее частиц, т.е. их мгновенными координатами и импульсами.

Термодинамическая вероятность W - число микросостояний системы, с помощью которых может быть охарактеризовано ее макросостояние

W – огромное число ( в 1 моле – 6,02•10²³ ) частиц, поэтому используют lnW.

Энтропия S – функция состояния системы, которая служит мерой неупорядоченности этой системы .

. .S = R lnW..

W - термодинамическая вероятность системы,

R - универсальная газовая постоянная; 8,31Дж/моль^.К.

Размерность энтропии [S] = [ Дж / моль^.К ]

! можно определить абсолютное значение энтропии вещества.

Чем больше число микросостояний Þ тем более вероятна реализация данного макросостояния Þ тем больше энтропия S системы.

Постулат (1911г. М. Планк):

3-ий закон термодинамики:

при абсолютном нуле энтропия идеального кристалла равна нулю (полная упорядоченность)

При Т=0 Þ W = 1, S₀ = 0

▼Стандартная энтропия – S⁰ , Дж/моль×К

энтропия вещества, находящегося в стандартном состоянии. В справочниках - S ⁰₂₉₈ при 298 К.

. .Энтропия вещества S растет с ростом температуры:

­Т Þ ­ S

. .Энтропия вещества зависит от его фазового состояния Þ скачкообразно увеличивается при переходе из твердого состояния в жидкое и из жидкого состояния в газообразное Þ Газы – «носители энтропии»:

S_H2O (г ) > S_H2O (ж ) > S_H2O (к )

. .Энтропия вещества растет с увеличением массы

и сложности молекул:

S_N2O3 (г ) > S_NO2 (г ) > S_NO (г )

. . РАСЧЕТ энтропии реакции Δ_r S. .

Энтропия – функция состояния системы: DS= S₂-S₁ ®

Изменение энтропии химической реакции Δ_r S

рассчитывают на основе следствия из закона Гесса:

Δ_r S = ∑ S_{продуктов} - ∑ S_{исх веществ}

- то есть энтропия химической реакции Δ_r S равна разности суммарной энтропии продуктов реакции и суммарной энтропии исходных веществ .

Стандартную энтропию реакции при 298К Δ_r S⁰₂₉₈ рассчитывают, используя энтропию образования веществ S⁰_{f, 298} – из таблиц :

ююΔ_r S⁰₂₉₈ = ∑ S⁰_{f ,298 продуктов} - ∑ S⁰_{f ,298 исх веществ}

Пример:

:: С_т + СО_2,г ® 2СО_г ; D_r S⁰ = 175,66 Дж/К > 0 – за счет увеличения объема системы, числа молей газов;

:: 3Н_2,г + N_2,г ® 2NH_3,г ; D_r S⁰ = -90 Дж/К < 0 – за счет

уменьшения объема системы, числа молей газов;

:: Al_к + Sb_к = AlSb_к; D_r S⁰ = -1,1 Дж/К @ 0 – объем системы практически не изменяется, твердофазная реакция.

: :