1. Термодинаміка. Термохімія

1.1. Обчислення теплових ефектів реакцій (ентальпій реакцій), ентальпій утворення речовин Теоретичні положення

Термохімічні обчислення проводять на основі законів Лавуазьє-Лапласа і Гесса та наслідків з нього, з використанням понять: „тепловий ефект реакції”, „теплота (стандартна молярна ентальпія) утворення”, „теплота (стандартна молярна ентальпія) згорання”, „термохімічні рівняння”, „екзотермічні та ендотермічні реакції”.

Пам’ятайте!

• Термохімія ‑ область хімії, яка займається дослідженням змін ентальпії при перебігу хімічних реакцій і фазових перетвореннях.

• Тепловий ефект реакції (∆Н⁰) – кількість енергії, що вивільняється або поглинається системою в процесі необоротної хімічної реакції (за умов Р = const, Т=const). Одиниці вимірювання – Дж (кДж) до 1 моль речовини.

• Запис хімічних рівнянь реакцій з указанням теплових ефектів називають термохімічними рівняннями.

• Теплота утворення (стандартна молярна ентальпія утворення) – кількість теплоти, що виділяється або поглинається при утворенні 1моль складної речовини зі стабільних форм простих речовин за стандартних умов, позначається ∆Н⁰_утв.(Х), одиниці вимірювання – кДж/моль.

• Теплоти (стандартні молярні ентальпії) утворення простих речовин дорівнюють нулю.

• Теплота розкладу (стандартна молярна ентальпія розкладу) – кількість теплоти, що вивільняється або поглинається при розкладанні 1 моль складної речовини на прості речовини за стандартних умов, позначається ∆Н⁰_розкл.(Х), одиниці вимірювання – кДж/моль.

• Теплота згорання (стандартна молярна ентальпія згорання) – кількість теплоти, що вивільняється при спалюванні 1 моль речовини в потоці кисню за стандартних умов, позначається ∆Н _згор.(Х), одиниці вимірювання – кДж/моль.

• У термохімії – протилежна система знаків. Тому для екзотермічної реакції: +Q_р = ‑∆Н, а для ендотермічної реакції: ‑ Q_р = +∆Н.

• Стандартна молярна ентальпія реакції ∆Н⁰ (тепловий ефект реакції) – це зміна ентальпії на 1моль реакції, що описується її стехіометричним рівнянням за стандартних умов.

• Стандартні умови – це температура 298К і тиск 1атм.

• Закон Лавуазьє - Лапласа (1780): ентальпія прямої реакції рівна за абсолютним значенням і протилежна за знаком ентальпії зворотної реакції: ∆Н_пр.= ‑∆Н_зв.

• Закон Гесса, або закон постійності сум тепла (1840): ентальпія реакції залежить лише від початкового та кінцевого станів реагентів і не залежить від шляху перебігу, тобто від числа й характеру проміжних стадій.

• Наслідки із закону Гесса:

• Ентальпія утворення не залежить від способу одержання сполуки;

• Ентальпія реакції (тепловий ефект реакції) дорівнює різниці між сумою ентальпій утворення продуктів реакції та сумою ентальпій утворення вихідних речовин (реагентів) з урахуванням стехіометричних кількостей речовин.

Рівняння хімічної реакції: аА + вВ → сС + dD

А, В – вихідні речовини (реагенти);

С, D – продукти реакції (кінцеві речовини);

a, в, c, d – стехіометричні коефіцієнти.

Математичний вираз наслідку із закону Гесса:

∆Н⁰ = с∙ΔН⁰_утв.С + d∙∆Н⁰_утв.D – (а∙∆Н⁰_утв.А + в∙ΔН⁰_утв.В)

• Всі обчислення теплових ефектів реакцій та ентальпій утворення речовин проводять за алгоритмом:

1. записують стислу умову задачі, використовуючи позначення:

• ∆Н⁰_утв.(Х) – теплота утворення речовини Х;

• ∆Н _розкл.(Х) – теплота розкладання речовини Х;

• ∆Н _згор.(Х) – теплота згорання речовини Х;

• ∆Н⁰ – тепловий ефект реакції;

• Q – кількість теплоти;

2. записують рівняння відповідної хімічної реакції, розставляють стехіометричні коефіцієнти;

3. записують математичний вираз наслідку із закону Гесса:

∆Н⁰=с∙∆Н⁰утв.С+d∙∆Н⁰утв.D – (а∙∆Н⁰утв.А+ b∙∆Н⁰утв.В)

4. підставляють чисельні значення величин і роблять відповідні розрахунки;

5. записують повну відповідь.

Задача №1

При виготовленні тіста як розрихлювач використовують питну соду, яка при термічному нагріванні розкладається з виділенням СО₂. Обчислити тепловий ефект реакції:

2NaНСО₃ → Na₂СО₃ + СО₂ + Н₂О, якщо стандартні молярні ентальпії утворення дорівнюють: ∆Н⁰утв.(Na₂СО₃) = ‑1135,3кДж/моль; ∆Н⁰утв.(NaНСО₃) = ‑951,3кДж/моль; ∆Н⁰утв.(СО₂) = ‑393,5кДж/моль; ∆Н⁰утв.(Н₂О) = ‑285,9кДж/моль.

Дано:

∆Н⁰утв.(Na₂СО₃) = ‑ 1135,3 кДж/моль;

∆Н⁰утв.(NaНСО₃) = ‑ 951,3кДж/моль;

∆Н⁰утв.(СО₂) = ‑ 393,5 кДж/моль;

∆Н⁰утв.(Н₂О) = ‑ 285,9 кДж/моль.

Обчислити: ∆Н⁰ ‑ ?