![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Химическаятермодинамика
- •I. Тепловые эффекты химических реакций Теоретическая часть
- •Примеры решения задач
- •III. Энтальпии образования веществ Теоретическая часть
- •Примеры решения задач
- •IV. Изменение энтропии реакции Теоретическая часть
- •Примеры решения задач
- •0.5 Моля 17,7 кДж
- •Теоретическая часть
- •Примеры решения задач
- •VI. Расчет свободной энергии гиббса реакций с использованием величин Теоретическая часть
- •Примеры решения задач
III. Энтальпии образования веществ Теоретическая часть
1). Рассчитать
стандартную энтальпию образования
какого-либо вещества
(В)
можно с использованием выражения (4)
(см. разделII), известного
как одно из следствий закона Гесса. При
этом необходимо знать энтальпии
образования всех остальных веществ и
величину энтальпии реакции
.
Выразим из уравнения (4) величину
стандартной этальпии образования
вещества В
(В):
(B)
= (C
(C)
+ D
(D)
- A
(A)
-
)/
В.
При
этом величину
можно вычислить по пропорции (5), если
известно количество выделившейся или
поглотившейся теплоты
на определенное количество любого
участвующего в реакции веществаn(В).
2).
Другой путь расчета стандартной
энтальпии образования или теплового
эффекта реакции – построение искомого
уравнения реакции из определенного
набора химических реакций, для которых
тепловые эффекты
известны.
Поскольку энтальпия реакции есть функция состояния при p, Т=constи не зависит от пути процесса, т.е. числа и последовательности промежуточных стадий,термохимическими уравнениями можно оперировать также, как и алгебраическими.Уравнения химических реакций и соответствующие им тепловые эффекты можно складывать, вычитать, умножать на соответствующие коэффициенты. Решение заключается в построении такой алгебраической суммы данных уравнений реакций, которая соответствует искомому уравнению реакции.Тогда и тепловой эффект искомой реакции будет равен алгебраической сумме известных тепловых эффектов.
Оба способа основаны на одном принципе, вытекающем из Iзакона термодинамики и закона Гесса, – нахождении неизвестного теплового эффекта путем построения термохимического цикла. Только в первом случае заданными являются термохимические уравнения образования 1 моль сложных веществ из простых веществ в стандартном состоянии. Во втором случае могут быть любые другие уравнения с участием этих веществ.
Примеры решения задач
Задача
1. Рассчитайте стандартную энтальпию
образования газообразного бутанаC4H10,
если при его сгорании образовались 224
л (н.у.) оксида углеродаCO2(г),
газообразная вода и выделилось 6647 кДж
теплоты. Стандартные энтальпии образования(CO2(г))
и
(H2O(г))
известны.
Решение.Запишем уравнение реакции горения бутана и расставим стехиометрические коэффициенты:
C4H10 (г)+ 6,5О2 (г)= 4CO2 (г)+ 5H2O( г).
При такой записи уравнения тепловой эффект реакции относится на 1 моль C4H10.
Запишем выражение для расчета теплового эффекта реакции:
= 4
(CO2(г))
+ 5
(H2O(г))
-
(C4H10(г)).
Стандартная
энтальпия образования О2 (г)равна
нулю. Величины(CO2(г))
и
(H2O(г))
берем из справочной таблицы. Искомой
величиной является
(C4H10(г)).
Выразим уравнение относительно искомой
величины:
(C4H10(г))
= 4
(CO2(г))
+ 5
(H2O(г))
-
.
Теперь необходимо
найти величину
из условия задачи.
Рассчитаем количество вещества оксида углерода:
n(CO2) = VО(CO2)/ VОм = 224/22,4 = 10 моль..
Воспользуемся пропорцией (5) и найдем тепловой эффект записанной нами реакции:
=
(CO2)
/ n(CO2)
= (-6647)
4/10 = -2659 кДж.
Теперь подставим данные в записанное нами ранее выражение:
(C4H10)
= 4(-393,5) +5(-241,8) –(-2659) = -124 кДж/моль.
Ответ.
(C4H10(г))
= -124 кДж/моль.
Задача 2.При взаимодействии 508 г йода по реакции:
H2 (г) +I2 (г)= 2HI(г)
выделилось
20,4 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную
энтальпию образования йодистого
водорода, если известна энтальпия
сублимации йода
субл(I2)
= 62 кДж/моль.
Решение.Запишем выражение для расчета теплового эффекта реакции:
= 2
(HI(г))
-
(H2(г))
-
(I2
(г)).
Искомой величиной
является
(HI(г)).
Стандартная энтальпия образования
водорода
(H2(г))=0,
т.к. это простое вещество в стандартном
состоянии. Для йода за стандартное
принято твердое состояние, а не
газообразное. Но нам известна энтальпия
сублимации йода, т.е тепловой эффект
процесса:
I2
(тв)=I2 (г),=
субл(I2)
=
(I2
(г)) = 62 кДж/моль.
Для расчета
энтальпии образования HIнеобходимо знать тепловой эффект реакции,
в которой он образуется.
Рассчитаем количество молей вступившего в реакцию йода:
n(I2) = m(I2)/ M(I2) = 508/254 = 2 моль.
Составим пропорцию:
по уравнению на
(I2)
мольвыделяетсякДж,
по условию на n(I2)
мольвыделяетсякДж.
=
(I2)
/ n(I2)
= (-20,4)
1/ 2 = -10,2 кДж.
Теперь можно найти искомую величину из выражения для расчета теплового эффекта реакции:
(HI(г))
= (
+
(I2(г)))/(HI(г)) = (-10,2 + 62) / 2 =
= 25,9 кДж/моль.
Ответ.(HI(Г))
= 25,9 кДж/моль.
Задача
3.Определите тепловой эффектреакции
Fe2O3 (тв)+FeO(тв)=Fe3O4 (тв),
используя следующие данные:
3
Fe2O3
(тв)+H2 (г)= 2Fe3O4
(тв)+H2O(г)
(1) = -13,3 кДж ,
Fe3O
4(тв)+H2 (г)= 3FeO(тв)+H2O(г)
(2) = -84,8 кДж.
Решение.Решение заключается в построении такой алгебраической суммы данных термохимических уравнений реакций, которая соответствует искомому уравнению реакции. Разделим оба уравнения на 3 (или умножим на 1/3), тем самым приведем к одному молю каждого из оксидовFe2O3 иFeO, как в искомом уравнении. Вычтем из первого уравнения второе и получим искомое:
1/3
3Fe2O3
(Т)+H2 (Г)= 2Fe3O4
(Т)+H2O(Г)
(1)
1/3
Fe3O4
(Т) + H2
(Г) = 3 FeO(Т)
+ H2O(Г)
(2)
Fe2O3
(Т)
+ FeO(Т)
= Fe3O4(Т)
(3)
Внимание, при переносе формульной единицы из одной части уравнения в другую знак перед ней, естественно, меняется.
Тогда
тепловой эффект
(3)
тоже равен алгебраической сумме заданных
тепловых эффектов:
(3)
= 1/3(
(1)
-
(2))
=1/3(-13.3 –84,8) = -32.7 кДж.
Ответ.Тепловой эффект реакции(3) = -32.7 кДж.
Задача
4.Определите стандартную энтальпию
образования сульфата цинка(ZnSO4(тв)) по следующим
данным:
2ZnS(тв)+ 3O2 (г)= 2ZnO(тв)
+ 2SO2 (г)
= -927 кДж,
ZnSO4
(тв)=ZnO(тв)+SO3
(г) =
230 кДж,
ZnS(тв)=Zn(тв)+S(тв)= 184 кДж,
2SO2
(г)+O2 (г)= 2SO3
(г)=
-198 кДж.
Решение.ОпределитьZnSO4)
– значит надо рассчитать тепловой
эффект такой реакции, в которой 1 моль
этого вещества образуется из простых
веществ в их стандартном состоянии
(Zn(тв),S(тв),O2(г)). Для этого, как
и в предыдущей задаче, скомбинируем
заданные уравнения реакций таким
образом, чтобы в итоге получилось искомое
уравнение.
1/2
2ZnS(тв)+ 3O2 (г)= 2ZnO(тв)
+ 2SO2 (г) (1) = -927 кДж,
1
ZnSO4 (тв)
= ZnO(тв)
+ SO3 (г)
(2)= 230 кДж,
1
ZnS(тв)
= Zn(тв)
+ S(тв)
(3)= 189 кДж,
1/2
2SO2 (г) +
O2 (г) =
2SO3 (г)
(4)
= -198 кДж.
Zn(тв)+S(тв)+ 2O2
(г) =ZnSO4 (тв)(5)
=
(ZnSO4(тв))
= ?
Тогда искомая энтальпия образования ZnSO4равна алгебраической сумме заданных тепловых эффектов:
(ZnSO4)
= 1/2
(1)
-
(2)
-
(3)
– 1/2
(4)
= = 1/2(-927) - 230 - 189 - 1/2(-198) = -981,5 кДж/моль.
Ответ.(ZnSO4)
= -981,5 кДж/моль.