Решение

N₂(г) + О₂(г) = 2NO(г), Н =?

E_св +945,3 +498,4 2 (–632)

Используются данные, приведенные в табл.3.

Н₁ = [945,3 + 498.4] + 2 [–632] = 179.7 кДж.

При окислении 84 г N₂ (3 моль азота):

Н₂ = 3179.7 = 539.1 кДж.

Окисление 84 г азота в избытке кислорода сопровождается поглощением из окружающей среды 539,1 кДж энергии. Реакция эндотермическая.

Приведенные в примерах расчеты Н по энергиям химических связей имеют ограниченное применение и используются в основном для двух- и трехатомных молекул.

В термохимии основными данными для проведения термохимических расчетов служат энтальпии образования сложных соединений из простых веществ (f – formation). Энтальпия образования сложного вещества есть энтальпия реакции синтеза его из простых веществ, взятых в наиболее устойчивых физических состояниях при заданном внешнем давлении р = 1 атм и температуре Т.

Под простыми веществами подразумеваются все химические элементы периодической системы в кристаллической форме, характерной для металлов (за исключением ртути), и молекулярной форме для неметаллов (за исключением благородных газов) в том агрегатном состоянии, которое для них характерно при внешнем давлении 1 атм.

Для внешнего давления, равного 1 атм и температуре T = 298.15 К, в справочных таблицах термодинамических величин (см. приложение) даются стандартные энтальпии образования соединений разной степени сложности. Например, энтальпия образования СО₂(г) =  393.51 кДж/моль относится к реакции

С(графит) + О₂(г) = СО₂(г);

С(графит) и О₂(газ) – простые вещества.

Энтальпия образования всех простых веществ принята за начало отсчета и равна нулю.

Задачей термохимии является расчет энтальпий химических реакций по табличным значениям , опираясь на закон Гесса.

Основной закон термохимии (закон Гесса, 1836 г.) в современной интерпретации утверждает, что энтальпия реакций, протекающих либо при V,T = const, либо p,T = const не зависти от промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состояниями системы. Например, экспериментально невозможно определить значение H₁ реакции:

С(гр) + О₂(г)  СО(г); H₁ = ?

так как при сжигании графита, как правило, образуется смесь оксидов (СО₂ и СО).

В соответствии с законом Гесса можно преодолеть это затруднение, измерив экспериментально (в калориметре) энтальпии следующих реакций:

С(гр) + О₂(г)  СО₂(г); H₂ =  393,51 кДж/моль,

СО(г) + О₂(г)  СО₂(г); H₃ =  282,99 кДж/моль.

Представим возможные пути превращений исходных соединений.

Поскольку H есть функция состояния системы, в которой происходят реакции, то в соответствии с законом Гесса независимо от того, идет реакция по первому или второму пути:

H₁ = H₂ + H₃ или

H₂ = H₁  H₃ = ( 393,51)  ( 282,99 ) =  110, 52 кДж.

Именно столько энергии выделяется (экзотермический процесс) при образовании 1 моль СО из С(гр) и 1/2О₂(г). Эта величина вычислена теоретически.

В соответствии с законом Гесса с термохимическими уравнениями можно обращаться как с алгебраическими. Их можно складывать друг с другом или вычитать из одного уравнения другое. Именно эти операции используют при вычислении энтальпии реакции (r – reaction), используя табличные данные энтальпий образования участников термохимической реакции.

Воспользуемся табличными данными термохимических величин, приведенных в приложении, для вычисления энтальпии реакции разложения карбоната кальция:

СаСО₃(т)  СаО(т) + СО₂(г); = ?

кДж/моль:  1206  635.1  393.51

Для того чтобы вычислить указанной реакции, необходимо из суммы энтальпий образования продуктов реакции вычесть сумму энтальпий образования исходного вещества:

= [_прод.]  [_исх.],

= [( 635.1) + ( 393.51)]  [ 1206] = 177.39 кДж.

В том, что именно такую алгебраическую операцию нужно совершить, можно убедиться, если записать реакции образования участников процесса:

Са(т) + 1/2О₂(г)  СаО(т);(СаО) =  635.1 кДж,

С(т) + О₂(г)  СО₂(г); (СО₂) =  393.51 кДж,

С(т)+3/2О₂(г)+С(т)СаСО₃(т); (СаСО₃) =  1206 кДж.

При вычитании из алгебраической суммы первых двух уравнений третьего и выполнении необходимых сокращений и переносов получим:

СаСО₃(т)  СаО(т) + СО₂(г); [( 635.1) + ( 393.51)]  [ 1206],

СаСО₃(т)  СаО(т) + СО₂(г); _rН⁰(298) = 177.39 кДж.