Теплоемкость газообразного монооксида углерода

, Дж/(моль·К)	, Дж/(моль·К) (298-600 К)	Коэффициенты уравнения CP = a + bT + c΄/T2, Дж/(моль·К)
		a	b·103	c΄·10-5
29,14	29,99	28,41	4,10	– 0,46

Р е ш е н и е

Находим количество молей нагреваемого монооксида углерода (СО):

n = g/M,

где g– масса диоксида углерода, в г;M= 28 г/моль – молярная массаСО;

n= 50·10³/28 = 1785,71 моль.

Количество теплоты, которое необходимо для нагревания 50 кг газообразного монооксида углерода СОот температуры 298 К до температуры 600 К приP=const(изменение энтальпии), если для расчета используется стандартная теплоемкость или средняя теплоемкость данного вещества в интервале температур 298 – 600 К, рассчитываем по уравнению (1.11), соответственно:

ΔH= 1785,71·29,14· (600 – 298) = 15714747 Дж = 1,571· 10⁴кДж;

ΔH= 1785,71·29,99· (600 – 298) = 16173139 Дж = 1,617· 10⁴кДж.

Точный расчет производим с учетом экспериментально установленной зависимости теплоемкости от температуры. На основе справочных данных устанавливаем вид уравнения C_P = f(T):

C_P = 28,41 + 4,10· 10^–3Т – 0,46· 10⁵/T²,

которое затем подставляем в уравнение (1.10):

=1785,71·{28,41· (600 – 298) + (4,1·10^-3/2)· (600²– 298²) +

+ 0,46·10⁵· (1/600 – 1/298)} = 16175104 Дж = 1,618·10⁴кДж.

1.4. Термохимия

Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением теплоты. Термохимия – это раздел физической химии, в котором изучаются тепловые эффекты химических и физико-химических процессов.

Тепловым эффектом химической реакции называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при необратимом протекании реакции, если осуществляется только работа расширения или сжатия, а исходные и конечные вещества имеют одинаковую температуру.

В соответствии с первым законом термодинамики тепловой эффект химической реакции, проходящей в изохорных условиях (Q_V), равен изменению внутренней энергии, а тепловой эффект химической реакции, проходящей в изобарных условиях (Q_P), равен изменению энтальпии:

Q_V = ΔU; Q_P = ΔH. (1.14)

Если реакция протекает в растворе или в твердой фазе, где изменение объема невелико, то

ΔH = ΔU + Δ(PV) ~ ΔU. (1.15)

Если в реакции участвуют идеальные газы, то при Т = const:

ΔH = ΔU + Δν · RT, (1.16)

где Δν – изменение числа молей газообразных веществ за счет прохождения химической реакции; R = 8,314 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная.

Химические реакции, проходящие с выделением теплоты, называются экзотермическими. Для этих реакций ΔH < 0 и ΔU < 0. Если химическая реакция протекает с поглощением теплоты, то она называется эндотермической (ΔH > 0, ΔU > 0).

Большинство химических процессов протекает при нормальном атмосферном давлении при условии P = const, поэтому рассмотрим подробно расчет изменений энтальпии при прохождении химических реакций.

1. Закон Гесса. Расчет тепловых эффектов химических реакций при стандартных условиях

Тепловые эффекты химических реакций можно определять экспериментально или рассчитывать теоретически на основе закона Гесса, который формулируется следующим образом: при постоянном давлении или объеме тепловой эффект химической реакции зависит от природы и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути процесса. Другой формулировкой закона Гесса является следующее утверждение: тепловой эффект непосредственного превращения исходных реагентов в продукты реакции равен сумме тепловых эффектов промежуточных стадий.

Для сопоставления тепловых эффектов различных реакций используется представление о стандартном состоянии – это состояние чистого вещества при давлении 1 атм (1,013·10⁵ Па) и температуре 25 ^оС (298,15 К). Символы термодинамических функций в стандартном состоянии обозначаются с верхним индексом “^О” и указанием стандартной температуры. Например, стандартное изменение энтальпии записывается следующим образом: ΔH^O₂₉₈.

Теоретически тепловые эффекты химических реакций рассчитывают, если известны тепловые эффекты других химических реакций, в которых участвуют данные вещества, с использованием следствий из закона Гесса.