Термохімія та термохімічні розрахунки основні поняття та визначення

Термохімія	- розділ хімії, який вивчає теплові ефекти хімічних реакцій і фазових перетворень.
Термохімічні рівняння	- рівняння процесів, в яких указані теплові ефекти та агрегатні стани речовин.
Ентальпія (Н)	- тепловміст системи, що включає внутрішню енергію і роботу розширення.
Тепловий ефект хімічної реакції (ентальпія реакції, ΔН)	- кількість теплоти, що виділяється або поглинається під час перебігу хімічної реакції, якщо система не здійснює ніякої роботи, окрім роботи розширення. В ізобаричних процесах тепловий ефект дорівнює зміні ентальпії системи ΔН. Він називається також ентальпією реакції. Розмірність кДж.
Стандартна ентальпія реакції ΔН0	- тепловий ефект реакції за стандартних умов (Р = 101,3 кПа, Т=298К).
Екзотермічна реакція	- реакція, що відбувається з виділенням теплоти Q > 0, тобто з пониженням ентальпії системи ΔН < 0.
Ендотермічна реакція	- реакція, що відбувається з поглинанням теплоти Q < 0, тобто з підвищенням ентальпії системи ΔН > 0.
Ентальпія (теплота) утворення (ΔНутв)	- тепловий ефект утворення 1 моль речовини з простих речовин, стійких за стандартних умов (Т = 298К, Р = 101,3 кПа). Розмірність кДж/моль.
Закон Гесса	- тепловий ефект реакції залежить від природи і стану вихідних речовин і продуктів реакції і не залежить від шляху перебігу реакції, тобто від числа і характеру проміжних стадій.
Перший наслідок із закону Гесса	- тепловий ефект (ентальпія) хімічної реакції дорівнює різниці між сумою теплот утворення продуктів реакції та сумою теплот утворення вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів ,
Другий наслідок із закону Гесса	- тепловий ефект (ентальпія) реакції дорівнює різниці між сумою теплот згоряння вихідних речовин і сумою теплот згоряння продуктів реакції з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів. .
Теплота (ентальпія) згоряння ΔНзг	- тепловий ефект реакції окиснення 1 моль речовини киснем з утворенням вищих оксидів. Розмірність кДж/моль.
Теплотворна здатність Q	- теплота, що виділяється при згорянні 1 кг твердого або рідкого палива та 1 м3 газоподібного палива. Розмірність кДж/кг, кДж/м3.

Приклади виконання завдань

При виконанні завдань цього розділу див. табл. 4.

Приклад 1. Визначити кількість теплоти, що виділяється при згорянні 112 л (н.у.) сірководню, якщо продуктами реакції є пари води і оксид сірки (1V). Термохімічне рівняння реакції горіння сірководню має вигляд:

.

Розв’язання. Як видно з термохімічного рівняння, при згорянні 2 моль, тобто 2·22,4 л (взятих за н.у.), сірководню виділяється 1037,18 кДж теплоти. Тому кількість теплоти, що виділяється при згорянні 112 л ,може бути розрахована з пропорції:

44,8 л 1037,8 кДж

112 л х кДж

.

Приклад 2. Визначити об’єм (н.у.) і масу сірководню, необхідного для реакції

,

якщо при цьому виділяється 2592,95 кДж. теплоти.

Розв’язання. Як видно з термохімічного рівняння, при згорянні 2 моль, тобто 2х22,4 л (взятих за н.у.), сірководню виділяється 1037,18 кДж теплоти. Тому об’єм H₂S, необхідний для виділення 2592,95 кДж теплоти, може бути розрахований з пропорції:

2·22,4 л 1037,8 кДж

х л 2592,95 кДж

(л).

Для знаходження маси H₂S необхідно знати молярну масу = 1· 2+32=34 г/моль.

Маса 1 моль займає об’єм 22,4 л за нормальних умов. Тоді масу H₂S можна розрахувати з пропорції:

34 г 22,4 л

х г 112 л

(г).

Приклад 3. Визначити кількість теплоти, що виділяється при гашенні 100 кг вапна водою, якщо термохімічне рівняння має вигляд:

Розв’язання. Як видно з термохімічного рівняння, при гашенні 1 моль вапна виділяється 65,26 кДж теплоти, а при гашенні 1 кмоль вапна – 65260 кДж. = 56 г/моль = 56 кг/кмоль. Тому кількість теплоти, що виділяється при гашенні 100 кг СаО може бути розрахована з пропорції:

56 кг 65260 кДж

100 кг х кДж

(кДж).

Приклад 4. Визначити масу вапна, необхідну для реакції

,

якщо при цьому виділяється 116536 кДж теплоти.

Розв’язання. Як видно з термохімічного рівняння, при гашенні 1 моль вапна виділяється 65,26 кДж теплоти. = 56 г/моль. Тому маса СаО, необхідна для виділення 116536 кДж теплоти, може бути розрахована з пропорції:

56 г 65,26 кДж

х г 116536 кДж

(г) = 100 (кг).

Приклад 5. При розчиненні 1 моль безводного сульфату міді в досить великій кількості води виділяється 66,1 кДж теплоти , а при розчиненні 1 моль кристалогідрату поглинається 11,7 кДж теплоти. Розрахувати теплоту гідратації сульфату міді.

Розв’язання. Під теплотою гідратації солі розуміють тепловий ефект реакції утворення 1 моль кристалогідрату з безводної солі

. (1)

Виходячи з умов задачі, можна записати термохімічні рівняння:

;(2)

. (3)

Задача розв’язується на основі закону Гесса: тепловий ефект реакції не залежить від шляху її перебігу, а залежить лише від природи і фізичного стану вихідних речовин та продуктів реакції. З термохімічними рівняннями можна оперувати так само, як і з алгебраїчними. Отже, щоб отримати рівняння (1) необхідно від рівняння (3) відняти рівняння (2) і тоді

Приклад 6. Визначити тепловий ефект реакції:

за відомими величинами стандартних теплот утворення речовин.

Розв’язання. Для цього використовуємо перший наслідок із закону Гесса:

.

Значення речовин беремо в таблиці 4:

.

Враховуючи, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю, отримуємо:

,

.

Відповідь: 247,36 кДж.

Приклад 7.Знайти теплоту утворення , використовуючи теплоти утворенняі тепловий ефект реакції

Розв’язання. Для знаходження теплоти утворення використовуємо першийнаслідок із закону Гесса:

.

Значення речовин беремо в таблиці 4:

Тоді

(кДж/моль).

Відповідь: -426,6 кДж/моль.

Приклад 8. Визначити теплотворну здатність бензолу , якщо теплота згоряння його становить.

Розв’язання. Під теплотворною здатністю розуміють теплоту, що виділяється при згорянні 1 кг твердого та рідкого палива або 1 м³ газоподібного. Виходячи з умов задачі, при згорянні 1 моль або 78 г бензолу виділяється 3267,70 кДж теплоти. Звідси можна скласти пропорцію:

Відповідь: 41893,59 кДж/кг