Связь между изобарическим и изохорическим тепловыми эффектами

Изобарический тепловой эффект химической реакции связан с изохорическим формулой

Q_р – Q_V = ΔnRT или ΔН – ΔU = ΔnRT (16)

где Δn - разность между числом молей газообразных продуктов реакции и исходных газообразных веществ.

Для конденсированных веществ разностью объемов продуктов реакции и исходных веществ можно пренебречь (DV » 0), поэтому изобарический и изохорический тепловые эффекты химической реакции с участием только конденсированных веществ практически равны: Q_р @ Q_V.

Для газообразных веществ изменение продуктов реакции и исходных веществ существенно, следовательно, изобарический тепловой эффект химической реакции отличается от изохорического: Q_р – Q_V = ΔnRT.

Термохимическое уравнение

Последовательная запись уравнения химической реакции и численного значения теплового эффекта этого процесса называется термохимическим уравнением.

Пример: С_т + О_{2 г} = СО_{2 г} , ΔН = - 393,51 кДж.

При этом необходимо указать агрегатное состояние вещества: т – твердое, кр - кристаллическое, ж - жидкое, г - газообразное.

Стандартное состояние

Стандартным состоянием вещества называют его состояние в чистом виде (без примесей) при давлении р, равном 1 атм (101,3 кПа), при заданной температуре. Для конденсированных веществ это индивидуальные чистые твердые или жидкие вещества при давлении р, равном 1атм (101,3 кПа), взятые при данной температуре (Т); для газообразных веществ - чистый идеальный газ при р = 1 атм (101,3 кПа) и заданной температуре.

Все термодинамические величины для веществ в стандартном состоянии в справочниках обозначаются надстрочным индексом (^о) и подстрочным индексом (_Т) (например, ΔН).

В справочниках приводят термодинамические величины для веществ в стандартном состоянии при Т = 298 К, а также очень часто их температурную зависимость в виде уравнения ΔН=j(Т).

Тепловой эффект химический реакции, проведенной в стандартных условиях, называется стандартным тепловым эффектом. Для изобарических условий это стандартная энтальпия реакции ΔН[2].

Теплота образования химического соединения

Теплота образования химического соединения - это тепловой эффект реакции образования одного моля химического соединения из простых веществ. Размерность - Дж/моль.

Энтальпии образования простых веществ приняты равными нулю. Теплоты образований химических соединений для стандартных условий при Т = 298 К приводятся в справочниках. В этом случае величину называют стандартной теплотой образования. В изобарических условиях это стандартная энтальпия вещества .

Зависимость теплового эффекта реакции от температуры

Эта зависимость определяется дифференциальным уравнением Кирхгофа

(17)

где ΔС_р - разность суммы теплоемкостей продуктов реакции и суммы теплоемкостей исходных веществ.

Вычисление тепловых эффектов химической реакции

(следствия закона Гесса)

Согласно закону Гесса тепловой эффект химического процесса не зависит от того какими путями, через какие промежуточные стадии получены продукты, а зависит лишь от начального и конечного состояний химических превращений.

Стандартный тепловой эффект ΔНреакции при 298 К

Пример. Вычислить ΔНреакции 2CaF_{2 г} + SiO_{2 т =} 2 СаО_т + SiF_{4 г} при температуре 298 К.

Решение:

Согласно следствию из закона Гесса тепловой эффект химической реакции равен разности суммы произведений теплот образования продуктов реакции на соответствующие стехиометрические коэффициенты и суммы произведений теплот образований исходных веществ на соответствующие стехиометрические коэффициенты.

, (18)

где ΔНi – энтальпии образования продуктов реакции;

аi – стехиометрические коэффициенты продуктов реакции;

ΔНj– энтальпии образования исходных веществ;

bj - стехиометрические коэффициенты исходных веществ.

1)Для определения теплового эффекта приведенной выше реакции при температуре 298 К используем следующее уравнение

ΔН_{(химической реакции)} = а_i ΔН_i – b_j ΔН_j.

Находим составляющие этого уравнения. Сначала по справочнику [3] для всех веществ, участвующих в реакции, определяем стандартные энтальпии образования ΔН, кДж/моль:

= -1214; = - 859;

= - 635; = -1548.

2) Далее вычисляем сумму произведений величин ΔНпродуктов реакции на соответствующие значения стехиометрических коэффициентов:

2+= 2×(-635) + 1×(-1548) = -2818 кДж.

3) Аналогичный расчет проводим для исходных веществ:

ΔН_{(исходных веществ)} = -3287 кДж.

4) Рассчитываем стандартный тепловой эффект химической реакции при Т = 298 К:

ΔН= (-2818) - (-3287) = 469кДж.