chemistry / chemistry1 / ХимиЯ / 124-125

Расчеты тепловых эффектов химических реакций. Закон Гесса позволяет рассчитать тепловые эффекты химических реакций. Со­гласно следствию из закона Гесса, тепловой эффект химической ре­акции равен сумме энтальпий образования продуктов реакций за вы­четом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом сте-хиометрических коэффициентов'.

Тепловой эффект реакции:

bB + dD=lL+mM (5.7)

рассчитывается по уравнению

АН = /АД + /иДД, - 4ДД, - ЙЛД,. (5.8)

Например, стандартный тепловой эффект реакции получения водорода из природного газа

СН₄ + 2Н₂О(г) = СО₂ + 4Н₂ определяется по уравнению:

~ ^А

~^{2 А}

Подставляя значения величин энтальпий образования из при­ложения 2 (в кДж/моль), получаем

ДД⁹^ = -1 • 393,51 + 4 • 0 - (-74,85) - 2(241,82) = = + 164,98 кДж/моль СН₄

Как видно, данная реакция является эндотермической.

Можно также рассчитать значение энтальпии образования од­ного из исходных веществ или продуктов реакции, если известны энтальпии образования остальных реагентов и изменение энталь­пии в результате химической реакции. Например, энтальпию обра­зования вещества М в уравнении (5.7) можно определить по видо­измененному уравнению (5.8):

АД, = (АЯ- ВД + </ДД> + bbfi^lm.

Пример. Рассчитаем стандартную энтальпию образования пропана СзН?, если изменение стандартной энтальпии реакции его сгорания

С,Н, + 5О, = ЗСО₂ + 4Н_гО(г) равно Дй°298 = -2043,86 кДж/моль.

' Стехиометрическими называют коэффициенты в уравнениях химических реакций, например 1, 3 и 2 в уравнении N2 + ЗН2 = 2NH3.

124

Решение. В соответствии с уравнением (5.8):

*

'- сам.

Подставив значение АН°2п и справочные данные, получим: Д/#с,н„29! ⁼ 3(—393,51) + 4(-241,82) - 5 ■ 0 - (-2043,86) = -103,85 кДж/моль. Как видно, реакция образования пропана относится к экзотермическим процес-

Таким образом, зная энтальпии образования продуктов реакции -'и исходных веществ, можно, используя закон Гесса и его следст­вие, рассчитать тепловой эффект химической реакции.

Энергия химической связи. Так как тепловой эффект химиче­ской реакции возникает вследствие разрушения одних или образо-. вания других химических связей, то по известным значениям энер­гий химических связей можно рассчитать тепловой эффект реак­ции или по известному тепловому эффекту реакции — энергии связей.

Пример. Проиллюстрируем эту возможность на примере расчета двухатомной молекулы, для которой энергия химической связи равна энергии диссоциации: А₂ = 2А, £_а_а = ДЯд.

Например, известно, что энергия химической связи Н — Н равна 436 кДж/моль.

Решение. Рассчитаем по закону Гесса энергию диссоциации молекулы Н₂ с учетом данных приложения 2:

Н,(г) = 2Н(г) ДЯ"„_1С = 2Д,//°_Н - Д,^ = ² ■ 217,94 кДж/моль - 0,0 = 435,88 кДж/моль =

= 436 кДж/моль, т.е. Б_Н__И — Е^ .

Рассмотрим более сложный пример молекулы, состоящей из разных атомов. Пример. Рассчитаем энергию химической связи в молекуле НВг, если энтальпия образования молекулы НВг и энергия диссоциации молекул Н₂ и Вг₂ известны.

Решение. Если предположить, что процесс идет через стадии диссоциации исходных веществ и образование молекулы НВг (возникает химическая связь Н — Вг), то его можно записать с помощью следующих уравнений:

Н₂ = 2Н (г) ДЯ° _Hj = 435,88 кДж/моль,

Вг₂ = 2Вг (г) ДЯ° _ВГ) = 223,6 кДж/моль,

Вг (г) + Н (г) = НВг (г) ДЯ*_НВг = х кДж/моль,

Н₂ + Вг, = 2НВг (г) А/С, = -35,97 кДж/моль. В соответствии с законом Гесса:

₁ = 1/2ДЯ»_/В] +ДЯ£_В„ °н», = VC - 7₂АН%_; -' /₂ДН°_дВГ]= -35,97 - 217,94 - 111,8 = -365,71 кДж/моль. Отсюда энергия связи:

£„_„, = - &К-», = 365,71 кДж/моль.

125