13. Определение теплового эффекта химической реакции

Тепловой эффект химической реакции – отнесенное к изменению химической переменной количество теплоты, полученное системой, в которой прошла химическая реакция и продукты реакции приняли температуру реагентов.

[ это количество теплоты, которое выделится или поглотиться в ходе необратимой протекании реакции, при постоянном объеме ИЛИ постоянном давлении и при условии, что температура конечных продуктов равна температуре исходных веществ.]

Чтобы тепловой эффект являлся величиной, зависящей только от характера протекающей химической реакции, необходимо соблюдение следующих условий:

1 Реакция должна протекать либо при постоянном объеме Q_v(изохорный процесс), либо при постоянном давлении Q_p(изобарный процесс).

2 В системе не совершается никакой работы, кроме возможной при P = const работы расширения.

Реакции, сопровождающиеся выделением тепла в окружащию среду имеют отрицательный тепловой эффект и называются экзотермическими. Реакции, сопровождающиеся поглощением тепла имеют положительный тепловой эффект и называются эндотермическими. Тепловой эффект обычно относится к одному молю прореагировавшего исходного вещества, стехиометрический коэффициент которого максимален.

Тепловой эффект химической реакции – кол-во теплоты, которое выделяется или поглощается в результате необратимо протекающей реакции при постоянном V или P и при условии, что продукты реакции имеют ту же температуру, что и исходные вещества. Определенный таким образом тепловой эффект является ФС

Два типа тепловых эффектов имеют важную роль в химической термодинамике:

–тепловой эффект образования (теплота образования химического соединения)

-тепловой эффект сгорания (теплота сгорания) химического соединения

В таблицах термодинамических величин приводят как правило только стандартные тепловые эффекты (для в-в в стандартном состоянии) сгорания и образования. Тепловые эффекты реакций при температурах, отличных от стандартных рассчитываются методом уравнения Кирхгофа или методом циклов. (см билет 10)

**Связь между темповым эффектом при V=const и тепловым эффектом при P=const.

Qv=H(*)Т.к. (*) выражение имеет место быть, то в дальнейшем будем называть.

Qp=U } H=(H=Qp*p=const) – тепловым эффектом при P=const.

U – (U=Qv; V=const) тепловой эффект, при V=const.

Связь между U и H

** Для жидких и твердых веществ U = Н.

Соотношение между газами: Qp=U+pV; Qv=U

Уравнение состояния идеального газа Менделеева – Клаперона.

PV=nRT; n – изменение числа молекул в газообразных продуктов в ходе протекания реакции(pV = nRT) => H = U +nRT – для газов.

Стандартная энтальпия образования или стандартная теплота образования — тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ, его составляющих, находящихся в устойчивых стандартных состояниях. Обозначается ΔH_f^O.

Например, стандартная энтальпия образования 1 моль метана из углерода и водорода равна тепловому эффекту реакции:

С(тв) + 2H₂(г) = CH₄(г) + 76 кДж/моль.

Энтальпия образования простых веществ принимается равной нулю, причем нулевое значение энтальпии образования относится к агрегатному состоянию, устойчивому при T = 298 K. Например, для йода в кристаллическом состоянии ΔH_I2(тв)⁰ = 0 кДж/моль, а для жидкого йода ΔH_I2(ж)⁰ = 22 кДж/моль.

Энтальпии образования простых веществ при стандартных условиях являются их основными энергетическими характеристиками. В термохимии с помощью стандартных энтальпий образования можно рассчитать тепловой эффект реакции. Тепловой эффект любой реакции находится как разность между суммой теплот образования всех продуктов и суммой теплот образования всех реагентов в данной реакции (следствие закона Гесса).

ΔH_{реакции}^O = ΣΔH_f^O (продукты) - ΣΔH_f^O (реагенты)

Стандартная энтальпия сгорания – ΔH_гор^о, тепловой эффект реакции сгорания одного моля вещества в кислороде до образования оксидов в высшей степени окисления. Теплота сгорания негорючих веществ принимается равной нулю.

Стандартная энтальпия растворения - ΔH_раств^о, тепловой эффект процесса растворения 1 моля вещества в бесконечно большом количестве растворителя. Складывается из теплоты разрушения кристаллической решетки и теплоты гидратации (или теплоты сольватации для неводных растворов), выделяющейся в результате взаимодействия молекул растворителя с молекулами или ионами растворяемого вещества с образованием соединений переменного состава – гидратов (сольватов). Разрушение кристаллической решетки, как правило, эндотермический процесс — ΔH_реш > 0, а гидратация ионов — экзотермический, ΔH_гидр < 0. В зависимости от соотношения значений ΔH_реш и ΔH_гидр энтальпия растворения может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Так растворение кристаллического гидроксида калия сопровождается выделением тепла:

ΔH_{раствKOH}^о = ΔH_реш^о + ΔH_гидрК^+о + ΔH_гидрOH^-о = -59КДж/моль

Под энтальпией гидратации - ΔH_гидр, понимается теплота, которая выделяется при переходе 1 моля ионов из вакуума в раствор.

Стандартная энтальпия нейтрализации – ΔH_нейтр^оэнтальпия реакции взаимодействия сильных кислот и оснований с образованием 1 моля воды при стандартных условиях:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

H⁺+ + OH^- = H₂O, ΔH_нейтр° = –55,9 кДж/моль

Стандартная энтальпия нейтрализации для концентрированных растворов сильных электролитов зависит от концентрации ионов, вследствии измения значения ΔH_{гидратации}° ионов при разбавлении.