Orice reacție chimică este însoțită de eliberarea sau absorbția de energie, de obicei sub formă de căldură. Ramura termodinamicii chimice care studiază efectele termice ale proceselor chimice se numește termochimie. Efectele termice ale reacțiilor pot fi determinate atât experimental, cât și folosind calcule termochimice.
Efect termic reacția chimică este cantitatea de căldură eliberată sau absorbită ca rezultat interacțiune chimică. Reacțiile însoțite de eliberarea de căldură se numesc exotermic,însoțită de absorbție de căldură - endotermic.
Marea majoritate a reacțiilor chimice sunt procese izobare. Prin urmare, este recomandabil să se evalueze energia sau efectul termic al unei reacții prin modificarea entalpiei sistemului. Efectul termic al unei reacții care are loc la presiune constantă, este egal cu modificarea entalpiei sistemului Q p = ΔH.
În reacțiile exoterme, căldura este eliberată în spațiul înconjurător, entalpia sau energia internă a sistemului scade, iar valorile ΔH și ΔU pentru acestea sunt negative (ΔH< 0, ΔU < 0). В эндотермических реакциях теплота поглощается из окружающего пространства, энергосодержание системы увеличивается и изменения Δ H и ΔU положительны (ΔН >0, ΔU > 0).
Ecuațiile reacțiilor chimice în care sunt indicate efectele termice și stările agregative ale substanțelor se numesc ecuații termochimice .
Ecuațiile termochimice indică și starea de fază și modificarea polimorfă a substanțelor care reacţionează și rezultate: (d) - gaz, (g) - lichid, (j) - cristalin, (t) - solid, (p) - dizolvat etc.
De exemplu, ecuația termochimică pentru sinteza apei are forma
2H2 (g) + O2 (g) = 2H20 (l); AH0298= -571,6 kJ
din ecuație rezultă că reacția este exotermă (ΔH< 0) и при взаимодействии 2 моль водорода и 1 моль кислорода образуется 2 моль воды и выделяется 571,6 кДж теплоты.
Folosind ecuațiile reacțiilor termochimice, pot fi efectuate diverse calcule. Pentru a rezolva probleme folosind ecuații termochimice, trebuie să scrieți ecuația reacției care are loc, apoi, pe baza datelor, creați o proporție și rezolvați-o.
Exemplul nr. 1. Calculați folosind ecuația termochimică
4P (k) + 5O2 (g) = 2P2O5 (k); ΔH= –3010kJ
cantitatea de deșeuri eliberată în timpul arderii a 6,2 g de fosfor.
Soluţie: Să calculăm cantitatea de fosfor:
n(P) = m(P)/M(P) = 6,2/31 = 0,2 mol
Să facem o proporție și să găsim cantitatea de căldură:
la arderea a 4 mol P, se eliberează 3010 kJ de căldură;
la arderea a 0,2 mol P, se eliberează X kJ de căldură;
4/0,2 = 3010/X; X = (0,2 3010)/4 = 150,5 kJ.
Exemplul nr. 2. Alcătuiți o ecuație termochimică pentru reacția de ardere a magneziului dacă se știe că arderea a 6 g de magneziu a eliberat 153,6 kJ de căldură.
Soluţie. Să calculăm cantitatea de substanță de magneziu arsă:
n(Mg) = m(Mg)/M(Mg) = 6/24 = 0,25 mol.
Să creăm o ecuație pentru reacția de ardere:
2Mg (t) + O2 (g) = 2MgO (t)
Să aflăm cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii a 2 moli:
la arderea a 0,25 mol de magneziu se eliberează 153,6 kJ;
la arderea a 2 moli de magneziu, se eliberează X kJ de căldură;
0,25/2 = 153,6/X; X = (2 153,6)/0,254 = 1228,8 kJ.
Prin urmare, ecuația termochimică a reacției are forma
2Mg (t) + O2 (g) = 2MgO (t); ΔH = –1228,8 kJ
Exemplul nr. 3. Conform ecuaţiei termochimice
C (s) + O2 (g) = C02 (g); ΔH = – 394 kJ
Determinați câți litri de monoxid de carbon (IV) (n.s.) se formează dacă se eliberează 591 kJ de căldură?
Soluţie. Să calculăm formarea cantității de monoxid de carbon (IV) care eliberează 591 kJ de căldură. Pe baza ecuației reacției, creăm proporția:
Când se formează 1 mol de CO2 (n.s.), se eliberează 394 kJ de căldură;
Când se formează X mol de CO2 (n.s.), se eliberează 591 kJ de căldură;
1/X = 394/591; X = 591/394 = 1,5 mol C02 (n.s.).
Conform legii lui Avogadro: 1 mol de orice gaz (în condiții standard) ocupă un volum de 22,4 litri, Să facem o proporție:
1 mol de CO 2 (n.s.) ocupă un volum de 22,4 l;
1,5 mol CO2 (n.s.) ocupă Xl;
1/1,5 = 22,4/X; X = 1,5 22,4/1 = 33,6 l.
Pentru a compara efectele termice diverse procese calculele termochimice se referă de obicei la 1 mol de substanță și stări și condiții standard. Condițiile standard sunt presupuse a fi: presiunea 101.325 Pa și temperatura 25 0 C (298 K). Starea standard a unei substanțe este o stare care este stabilă în condiții standard. Efectul termic în condiții standard se numește efect termic standard reacție și este desemnată ΔH 0 298 sau ΔH 0 .
Legea de bază a termochimiei este legea lui G.I Hess (1841): efect termic proces chimic depinde numai de stările inițiale și finale ale substanțelor și nu depinde de traseul procesului, adică. numărul și natura etapelor intermediare.
Astfel, procesul de transformare a substanțelor inițiale (starea 1) în produse (starea 2) poate fi realizat în mai multe moduri, prezentate în Fig. 3;
Fig.3. Modificarea entalpiei de reacție în timp
Conform legii lui Hess, efectul termic al procesului poate fi calculat după cum urmează:
ΔH 1 = ΔH 2 + ΔH 3 + ΔH 4 + ΔH 5 = ΔH 6 + ΔH 7
efectul termic al reacției este egal cu diferența dintre suma entalpiilor de formare a produselor de reacție și suma entalpiilor de formare a substanțelor inițiale, ținând cont de coeficienții stoichiometrici:
ΔH 0 = ∑ΔH 0 f cont - ∑ ΔHf ref.
Pentru a calcula efectul termic al unei reacții, se folosește entalpia (căldura) de formare a substanțelor. Entalpia de formare este efectul termic al reacției de formare a 1 mol dintr-o substanță din substanțe simple.
Entalpii standard de formare denota ΔH0 aprox.298 sau AH0f,298 , unde index f - formare (educaţie). Adesea, unul dintre indici este omis. Entalpii standard de formare a substanțelor simple care sunt stabile în condiții standard (oxigen gazos O 2 (g), brom lichid Br 2 (l), iod cristalin I 2 (k), sulf ortorombic S (p), carbon C (grafit) , etc.) d.) sunt egale cu zero.
Entalpia standard de formare numită modificarea entalpiei în reacția de formare a 1 mol compus chimic din substanțe simple, măsurate în condiții standard.
Folosind calcule termochimice, este posibil să se determine efectul termic al reacțiilor, energia legăturilor chimice, energia rețea cristalină, interacțiunea intermoleculară, entalpia de dizolvare și solvatare (hidratare), efecte energetice ale transformărilor de fază etc.
Valorile entalpiilor standard de formare a unui număr de substanțe sunt date în apendicele 1.
Exemplul nr. 4. Pe baza valorilor entalpiei standard de formare, calculați efectul termic al reacției și concluzionați dacă este exotermă sau endotermă:
Cu 2 S (k) + 2 O 2 (g) = 2 CuO (k) + SO 2 (g)
Soluţie. :
Conform corolarului legii lui Hess:
ΔH 0 = (2 ΔH 0 f, CuO(k)+ ΔH 0 f, SO 2(g)) - ( ΔH 0 f, Cu 2 S(k) + 2 ΔH 0 f, O 2(g)) =
= – (-82,01 + 2 0) = -545,5 kJ.
Deoarece ΔH 0< 0, следовательно, реакция экзотермическая, сопровождается выделением 545,5 кДж тепла.
Exemplul nr. 5. Calculați efectul termic al reacției dintre oxidul de aluminiu cristalin și oxidul de sulf (IV) gazos:
Al 2 O 3 (k) + 3 SO 3 (g) = Al 2 (SO 4) 3 (k)
Soluţie.
ΔH 0 = ΔH 0 f, Al 2 (SO 4) 3 (k) – ( ΔH 0 f, Al 2 O 3 (k) + 3 ΔH 0 f, SO3(g)) =
= (-3442,2) – [(1676,0 + 3(-396,1)] = -577,9 kJ.
Deoarece ΔH 0< 0, следовательно, реакция экзотермическая, сопровождается выделением 577,9 кДж энергии.
2H2S (g) + CO2 (g) = CS2 (g) + 2H2O (g)
Soluţie. Să extragem din Anexă. 1 valorile entalpiilor standard de formare a substanțelor
Efectul termic al reacției în condiții standard este determinat de:
ΔH0 =[ΔH 0 f, CS2(g)+2 ΔH 0 f, H2 O (g) ] – =
= – = 65,33 kJ
Efectul termic al reacției este ΔH0 = 65,33 kJ, deoarece ΔH 0 > 0, prin urmare, reacția este endotermă și continuă cu absorbția de căldură.
Exemplul nr. 7. Determinați efectul termic al dizolvării KOH.
KOH (k) = K + (p) + OH - (p)
Soluţie. Să extragem din Anexă. 1 valorile entalpiilor standard de formare a substanțelor
ΔH 0 dist. = (ΔH 0 f , K(k) + + ΔH 0 f, OH(p) -) - ΔH 0 f, KOH(k)) =[(-251,2) + (230,2)] – (-425,8) = -55,6 kJ
Procesul de dizolvare alcaline este exotermic, însoțit de eliberarea a 55,6 kJ.
Exemplul nr. 8. Determinați efectul termic al tranziției de fază:
SO 3(l) = SO 3(g)
Soluţie: Să extragem din Anexă. 1 valori ale entalpiilor standard de formare.
Compus…………. SO 3 (l) SO 3 (g)
ΔH0f , kJ/mol…….. -439,0 -396,1
Efectul termic al tranziției de fază se calculează folosind ecuația:
ΔH 0 isp.= (ΔH0f , SO3 (g)) – ( ΔH0f , SO3 (l) ) = (-396,1) – (-439,0) = 42,9 kJ
Procesul de evaporare a oxidului de sulf (VI) este endotermic și necesită un aport de energie de 42,9 kJ.
Sau o modificare a entalpiei unui sistem datorită apariției unei reacții chimice - cantitatea de căldură atribuită modificării unei variabile chimice primite de sistemul în care a avut loc reacția chimică și produsele de reacție au luat temperatura de reactanţii.
Pentru ca efectul termic să fie o mărime care depinde numai de natura reacției chimice în curs, este necesar să se observe urmatoarele conditii:
- Reacția trebuie să se desfășoare fie la volum constant Q v (proces izocor), sau la presiune constantă Q p (proces izobar).
- Nu se efectuează lucrări în sistem, cu excepția lucrărilor de extindere posibile la P = const.
Dacă reacția se desfășoară în condiții standard la T = 298,15 K = 25 ˚C și P = 1 atm = 101325 Pa, efectul termic se numește efectul termic standard al reacției sau entalpia standard de reacție Δ H rO. În termochimie, căldura standard de reacție este calculată folosind entalpiile standard de formare.
Entalpia standard de formare (caldura standard de formare)
Căldura standard de formare este înțeleasă ca efectul termic al reacției de formare a unui mol de substanță din substanțe simple și componentele sale care se află în stări standard stabile.
De exemplu, entalpia standard de formare a 1 mol de metan din carbon și hidrogen este egală cu efectul termic al reacției:
C(tv) + 2H2 (g) = CH4 (g) + 76 kJ/mol.
Entalpia standard de formare se notează cu Δ H fO. Aici indicele f înseamnă formare, iar cercul tăiat, care amintește de un disc Plimsol, înseamnă că valoarea se referă la starea standard a materiei. O altă denumire pentru entalpia standard este adesea găsită în literatură - AH 298,15 0, unde 0 indică presiune egală cu o atmosferă (sau, ceva mai precis, condiții standard), iar 298,15 este temperatura. Uneori indicele 0 este folosit pentru cantitățile legate de substanță pură, stipulând că este posibil să se desemneze mărimi termodinamice standard cu acesta numai atunci când se alege o substanță pură ca stare standard. De exemplu, starea unei substanțe într-o soluție extrem de diluată poate fi acceptată și ca standard. „Disc plimsoll” în acest caz înseamnă starea standard reală a materiei, indiferent de alegerea acesteia.
Entalpia de formare a substanțelor simple este considerată egală cu zero, iar valoarea zero a entalpiei de formare se referă la o stare de agregare care este stabilă la T = 298 K. De exemplu, pentru iod în stare cristalină Δ H I 2 (tv) 0 = 0 kJ/mol, iar pentru iod lichid Δ H I2 (g)0 = 22 kJ/mol. Entalpiile de formare a substanțelor simple în condiții standard sunt principalele lor caracteristici energetice.
Efectul termic al oricărei reacții se găsește ca diferența dintre suma căldurilor de formare a tuturor produselor și suma căldurilor de formare a tuturor reactanților dintr-o reacție dată (o consecință a legii lui Hess):
Δ H reacția O = ΣΔ H f O (produse) - ΣΔ H f O (reactivi)Efectele termochimice pot fi încorporate în reacțiile chimice. Ecuații chimice care indică cantitatea de căldură eliberată sau absorbită se numesc ecuații termochimice. Reacțiile însoțite de eliberarea de căldură în mediu au un efect termic negativ și se numesc exoterme. Reacțiile însoțite de absorbția căldurii au un efect termic pozitiv și se numesc endoterme. Efectul termic se referă de obicei la un mol de materie primă reacţionată al cărui coeficient stoechiometric este maxim.
Dependența de temperatură a efectului termic (entalpie) al reacției
Pentru a calcula dependența de temperatură a entalpiei unei reacții, este necesar să se cunoască capacitățile termice molare ale substanțelor care participă la reacție. Modificarea entalpiei reacției cu creșterea temperaturii de la T1 la T2 se calculează conform legii lui Kirchhoff (se presupune că în acest interval de temperatură capacitățile de căldură molare nu depind de temperatură și nu există transformări de fază):
Dacă transformările de fază au loc într-un anumit interval de temperatură, atunci în calcul este necesar să se ia în considerare căldura transformărilor corespunzătoare, precum și modificarea dependenței de temperatură a capacității termice a substanțelor care au suferit astfel de transformări:
unde ΔC p (T1,Tf) este modificarea capacităţii termice în domeniul de temperatură de la T1 la temperatura de tranziţie de fază; ΔC p (T f ,T 2) este modificarea capacității termice în domeniul de temperatură de la temperatura de tranziție de fază la temperatura finală, iar Tf este temperatura de tranziție de fază.
Entalpia standard de ardere - Δ H hor o, efectul termic al reacției de ardere a unui mol dintr-o substanță în oxigen la formarea de oxizi în cel mai înalt grad oxidare. Se presupune că căldura de ardere a substanțelor incombustibile este zero.
Entalpia standard a soluției - Δ H soluție, efectul termic al procesului de dizolvare a 1 mol de substanță la infinit cantitati mari solvent. Este compus din căldura de distrugere a rețelei cristaline și căldura de hidratare (sau căldura de solvatare pentru soluții neapoase), eliberată ca urmare a interacțiunii moleculelor de solvent cu moleculele sau ionii solutului cu formarea. a compuşilor cu compoziţie variabilă - hidraţi (solvaţi). Distrugerea rețelei cristaline este de obicei un proces endotermic - Δ H resh > 0, iar hidratarea ionică este exotermă, Δ H hidr< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH resh și Δ H hidrentalpia de dizolvare poate fi fie pozitivă, fie valoare negativă. Astfel, dizolvarea hidroxidului de potasiu cristalin este însoțită de eliberarea de căldură:
Δ H se dizolvă KOH o = Δ H decide + Δ H hidrK + o + Δ H hidroOH − o = −59 KJ/molSub entalpia de hidratare - Δ H hidr, se referă la căldura care este eliberată atunci când 1 mol de ioni trece din vid în soluție.
Entalpia standard de neutralizare - Δ H Neutro entalpia reacției acizilor și bazelor puternice pentru a forma 1 mol de apă în condiții standard:
HCl + NaOH = NaCl + H 2 O H + + OH − = H 2 O, ΔH neutru ° = −55,9 kJ/mol
Entalpia standard de neutralizare pentru soluțiile concentrate de electroliți puternici depinde de concentrația ionilor, datorită modificării valorii ΔH de hidratare ° a ionilor la diluare.
Note
Literatură
- Knorre D. G., Krylova L. F., Muzykantov V. S. Chimie fizică. - M.: Liceu, 1990
- Atkins P. Chimie fizică. - Moscova. : Lumea, 1980
Fundația Wikimedia.
- 2010.
- Nenyukov, Dmitri Vsevolodovici
Ora vrăjitoarelor
Vedeți ce este „Efectul termic al unei reacții chimice” în alte dicționare: efectul termic al unei reacții chimice - Căldura absorbită (eliberată) ca urmare a transformării chimice a substanțelor inițiale în produși de reacție în cantități corespunzătoare ecuației reacției chimice în următoarele condiții: 1) numai lucru posibil in acelasi timp este......
Efectul termic al unei reacții chimice- – căldură absorbită (eliberată) ca urmare a transformării chimice a substanțelor inițiale în produși de reacție în cantități corespunzătoare ecuației reacției chimice în următoarele condiții: ... ... Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție
Vedeți ce este „Efectul termic al unei reacții chimice” în alte dicționare:- efectul termic al unei reacții chimice; efect termic Suma căldurii absorbite de sistem și toate tipurile de lucrări efectuate asupra acestuia, cu excepția muncii de presiune exterioară, iar toate cantitățile sunt raportate la aceeași temperatură a inițial și final... ...
efect termic- reacție chimică; efect termic Suma căldurii absorbite de sistem și a tuturor tipurilor de lucrări efectuate asupra acestuia, cu excepția muncii presiunii externe, iar toate cantitățile sunt legate de aceeași temperatură a stărilor inițiale și finale ale sistemului... Dicționar terminologic explicativ politehnic
EFECTUL TERMIC AL REACȚIEI- cantitatea de căldură eliberată sau absorbită de un sistem în timpul unei reacții chimice. Efectul termic al muncii este egal cu modificarea energiei interne a sistemului la volum constant sau modificarea entalpiei acestuia la presiune constantă și absența lucrului extern... Mare Dicţionar Enciclopedic
efectul termic al reacției- cantitatea de căldură eliberată sau absorbită de un sistem în timpul unei reacții chimice. Efectul termic al unei reacții este egal cu modificarea energiei interne a sistemului la volum constant sau modificarea entalpiei sale la presiune constantă și fără lucru... ... Dicţionar Enciclopedic
efectul termic al reacției- cantitatea de căldură eliberată sau absorbită într-un sistem termodinamic în timpul unei reacții chimice, cu condiția ca sistemul să nu efectueze alte lucrări decât lucru împotriva presiunii externe, și temperatura ... ... Dicţionar Enciclopedic de Metalurgie
Efectul termic al reacției- suma algebrică a căldurii absorbite în timpul unei reacții chimice date (vezi Reacții chimice) și perfectă munca externă minus lucru împotriva presiunii externe. Dacă căldura este eliberată în timpul unei reacții sau dacă sistemul efectuează lucrări... Marea Enciclopedie Sovietică
efect termic izobar- Efectul termic al unei reacții chimice care are loc la presiune constantă... Dicționar terminologic explicativ politehnic
efect termic izocor- Efectul termic al unei reacții chimice care are loc la un volum constant... Dicționar terminologic explicativ politehnic
Când are loc o reacție chimică, are loc o rearanjare a legăturilor chimice în molecule, o tranziție de la o stare de agregare la alta etc. Toate acestea duc la o schimbare a energiei interne a sistemului. În acest caz, sistemul poate efectua lucrări și poate face schimb de energie cu mediul. Întrucât toate tipurile de energie pot fi reduse la o cantitate echivalentă de căldură, în termodinamica chimică vorbim de efectul termic al unei reacții chimice.
Efectul termic al unei reacții chimice– cantitatea de căldură care este eliberată sau absorbită în timpul reacției atunci când sunt îndeplinite următoarele condiții:
Procesul are loc ireversibil la volum sau presiune constantă;
Nu se efectuează nicio lucrare în sistem în afară de lucrări de extindere;
Produșii de reacție au aceeași temperatură ca și materiile prime.
Conform primei legi a termodinamicii, efectul termic al reacției este egal cu: D Q=D U+p× D V. Deoarece căldura nu este o funcție de stare, mărimea efectului termic al unei reacții chimice depinde de condițiile de implementare (calea) procesului. Se face o distincție între efectul termic al unei reacții chimice efectuate în condiții izocorice (D Q V=D U V) și izobar (D Q p=D U p + p× D V=D N).
Evident D Q p–D Q V=p× D V. Pentru reacțiile care au loc în faza condensată (lichide, solide), D V»0, O D Q p» D Q V.
Cel mai adesea, reacțiile chimice se desfășoară la presiune constantă, prin urmare, atunci când se efectuează calcule termodinamice, se utilizează de obicei efectul termic la presiune constantă D. Qp.În acest caz, corespunde modificării entalpiei sistemului în timpul reacției D Q p=D r N(index r indică o modificare a unei funcții termodinamice, în acest caz entalpie, în timpul unei reacții chimice).
Reacțiile care apar odată cu eliberarea de căldură în mediu sunt numite exotermic, și reacții care apar cu absorbția căldurii din mediu, – endotermic. Deoarece efectul termic al reacției corespunde unei modificări a entalpiei sistemului, este evident că pentru procesele exoterme D r N<0, а для эндотермических Dr N>0.
Deoarece pentru reacțiile chimice care au loc în condiții izobare sau izocorice, căldura capătă proprietăți funcții de stat, atunci se poate susține că efectul termic al reacției depinde doar de tipul și starea substanțelor inițiale și a produselor finite și nu depinde de calea de transformare a unor substanțe în altele (etape intermediare). Această afirmație poate fi considerată ca o aplicare a primei legi a termodinamicii la reacțiile chimice. Se numește legea lui Hessși este legea fundamentală a termochimiei.
G.I. Hess (Academia de Științe din Sankt Petersburg) a stabilit experimental că „dacă unele alte substanțe pot fi obținute din unele substanțe inițiale în mai multe moduri, atunci cantitatea totală de căldură eliberată în timpul formării acestor substanțe va fi întotdeauna aceeași, indiferent de metoda de producere.”
Exemplu. Să luăm în considerare reacția de interacțiune a unui mol de carbon (grafit) și oxigen cu formarea dioxidului de carbon la o temperatură T= 298 K.
Acest proces poate fi realizat în două moduri:
1) C (grafit) + O2 = CO2; D r N 1 = –393,51 kJ;
2) C(grafit) + 0,5O2 = CO; D r N 2 = –110,53 kJ;
CO + 0,502 = CO2; D r N 3 = –282,98 kJ.
Orez. 5-3 Diagrama modificării entalpiei sistemului atunci când un mol de carbon interacționează cu oxigenul pentru a forma dioxid de carbon
O diagramă a modificării entalpiei sistemului este prezentată în Fig. 5.3. Din aceasta reiese clar că D r N 1 =D r N 2 + D r N 3. Dacă efectul termic al uneia dintre reacții este necunoscut, atunci acesta poate fi calculat prin cunoașterea celorlalte. De exemplu, dacă D r N 1 și D r N 3 apoi D r N 2 =D r N 1–D r N 3 .
Astfel, folosind legea lui Hess, este posibil să se calculeze efectele termice ale reacțiilor chimice în cazurile în care determinarea lor experimentală este imposibilă sau dificilă. Mai mult, pe baza datelor experimentale disponibile pentru un număr relativ mic de reacții chimice, este posibil să se efectueze calcule termodinamice atât ale proceselor care au loc efectiv, cât și ale proceselor ipotetice.
Efectul termic al reacției în caz general are în vedere trecerea unui anumit număr de moli ai substanței inițiale într-un anumit număr de moli ai substanței finale, conform ecuației reacției. În acest caz, valoarea numerică a efectului termic se referă la ecuația unei anumite reacții chimice și la dimensiunea acesteia [kJ]. Ecuația unei reacții chimice care include efectul ei termic se numește ecuația termochimică.
Adesea, efectul termic al unei reacții este denumit transformarea unui mol dintr-o substanță. Coeficientul stoichiometric din ecuația de reacție pentru o anumită substanță este egal cu unu, iar coeficienții pentru alte substanțe pot fi fie întregi, fie fracționari. În acest caz, dimensiunea efectului termic este [kJ/mol]. Se obișnuiește să se noteze efectele termice ale reacțiilor de formare a unui mol de substanță ca D f N, iar efectele termice ale reacțiilor de ardere ale unui mol de substanță sunt D c N.
Scopul lucrării: Determinați experimental efectele termice ale proceselor de dizolvare din datele obținute, folosind legea lui Hess, calculați căldura de hidratare a sărurilor.
Partea teoretică.
Toate reacțiile chimice sunt însoțite de eliberarea sau absorbția de energie, cel mai adesea sub formă de căldură. Cantitatea acesteia din urmă poate fi măsurată și exprimată în unități de energie (J, cal etc.)
Diferența dintre nivelurile de energie inițială și finală ale sistemului reprezintă efectul de energie sau modificarea entalpiei reacției, care se notează ΔH r.
În reacțiile exoterme, un sistem cu o cantitate mare de energie intră într-o stare cu mai puțină energie. Astfel de reacții sunt însoțite de eliberarea de căldură, iar efectul lor termic este considerat negativ (ΔH r<0).
În reacțiile endoterme, dimpotrivă, un sistem cu o rezervă de energie mai mică intră într-o stare cu o rezervă de energie mai mare. Astfel de reacții sunt însoțite de absorbția căldurii, iar efectul lor termic este în general considerat pozitiv (ΔH r >0).
Pentru calcule termochimice mare valoare au valori entalpii de formare substante.
Entalpia de formare a unei substanțe este înțeleasă ca modificarea entalpiei reacției de formare a unui mol dintr-o substanță complexă din substanțe simple, de exemplu:
90,4 kJ/mol;
Indicii superior și inferior la ΔH indică faptul că entalpia de formare este redusă la condiții standard (presiune 101325 Pa sau 1 atm și temperatură 298 K sau 25 0 C).
Entalpiile de formare a substanțelor sunt date în tabele de potențiale termodinamice.
Calculele termochimice se bazează pe utilizare Legea lui Hess și consecințele ei :
1. Efectul termic al unui proces chimic este egal cu suma efectelor termice ale tuturor etapelor intermediare ale procesului.
De exemplu, procesul de producere a dioxidului de carbon din cărbune și oxigen poate fi efectuat într-o singură etapă:
C(t) + O 2 (g) = CO 2 (g) ΔН r = -94 kcal
Dar același proces poate fi efectuat în două etape:
C(t) + 1/2 O 2 (g) -= CO(g) ΔH r = -26,4 kcal
CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g) ΔH r = -67,6 kcal
Conform legii lui Hess, suma efectelor termice ale ultimelor două reacții ar trebui să fie egală cu efectul termic al primei reacții, care se observă de fapt: (-26,4-67,6 = -94 (kcal)).
2. Efectul termic al unei reacții chimice este egal cu diferența dintre căldurile de formare a participanților finali și inițiali la reacție, înmulțită cu coeficienții lor stoichiometrici (adică, coeficienții din fața formulelor acestor substanțe din ecuația de reacție) .
De exemplu, reacția de ardere a propanului se desfășoară conform următoarei scheme:
C3H8 (g) + 5O g (g) = 3SO2 (g) + 4H2O (g)
Călurile de formare și sunt, respectiv, egale cu -103,8; -393,6 și -241,9 kJ/mol.
Efectul termic al reacției de ardere a C 3 H 8 (g) se calculează prin formula:
Procedura experimentala:
Pentru a determina efectele termice ale proceselor care au loc în soluții apoase, se folosește un calorimetru simplu, prezentat în Fig. 2.1.
Fig.2.1. Circuitul calorimetric:
1- sticlă externă a calorimetrului; 2 - sticla interioara a calorimetrului, 3 - garnitura termoizolante; 4-termometru ; 5 - agitator .
Deoarece stratul de aer situat între pereții paharelor exterioare și interioare ai calorimetrului este un bun izolator termic, toată căldura eliberată (sau absorbită) ca urmare a reacției se duce la încălzirea (sau răcirea) amestecului de reacție și paharul interior al calorimetrului. Schimbarea temperaturii amestecului de reacție care însoțește acest proces. Pentru a face acest lucru, măsurați 25 - 30 ml de apă în paharul interior al calorimetrului folosind un cilindru gradat și măsurați temperatura inițială tbeg. folosind un termometru, care este plasat direct în lichid, asigurându-vă că acesta nu atinge fundul și pereții sticlei interioare (vezi Fig. 1).
Fără a scoate termometrul din lichid, se toarnă sare uscată în paharul interior. Soluția este agitată cu un agitator până când se dizolvă complet, în timp ce se monitorizează simultan citirile termometrului. Temperatura poate crește sau scădea în timpul procesului. Temperatura finală tcon. înregistrată în momentul în care termometrul se oprește.
Toate datele necesare calculelor sunt rezumate într-un tabel (forma tabelului este dată în descrierea experimentelor).
Efectul termic al procesului care are loc în calorimetru este calculat prin formula:
Unde De la r. ra- capacitatea termică specifică a soluției aflată în sticla interioară a calorimetrului, care poate fi luată egală cu capacitatea termică specifică a apei CH 0 - 4,18 J/g grad;
t solutie- masa soluției din sticla interioară a calorimetrului, g;
Cu fecale- capacitatea termică specifică a sticlei interne a calorimetrului;
t cal- masa calorimetrului;
Δt - modificarea temperaturii în timpul experimentului, grade C.
Având în vedere că căldură specifică sticla din care se face sticla interioară a calorimetrului este mică, al doilea termen poate fi neglijat, atunci formula de calcul a efectului termic va lua forma:
Experiența nr. 1. Definiţie căldura molară a soluției de sare.
Experimentul se desfășoară așa cum este descris cu o porție de sare dată de profesor. Formula chimică sarea și masa acesteia sunt indicate pe ambalajul ambalajului. Datele necesare pentru calcul sunt rezumate în Tabelul 2.1.
Tabelul 2.1. Parametri pentru calcularea căldurii molare a dizolvării sării.
Căldura molară a soluției, adică căldura eliberată sau absorbită atunci când 1 mol de sare este dizolvat în apă, se calculează folosind formula:
Folosind tabelul dat la sfârșitul lucrării, care arată valorile teoretice ale căldurilor molare de dizolvare a unor săruri, se calculează eroarea relativă de determinare:
Experiența nr. 2. Definit căldura molară de hidratare a sării.
Hidratarea este procesul de adăugare a unui anumit număr de molecule de apă la o sare pentru a forma un hidrat cristalin al acestei sări, de exemplu:
Na2CO3 + 10H2O = Na2CO310H2O.
Pentru a determina căldura molară de hidratare, mai întâi dizolvați o probă în apă
sare anhidră:
Na2C03+ n H2O = Na2CO3 n H20; ΔDizolvare fără sare
iar apoi s-a cântărit hidratul cristalin al acestei sări
Na2CO310H2O+ ( n-10) H20 = Na2CO3 n H20; ΔDizolvarea hidratului cristalin
Ambele procese sunt efectuate așa cum este descris în partea practică, iar datele sunt introduse în Tabelul 2.1.
Folosind formula de calcul a căldurii molare de dizolvare dată în primul experiment, se calculează ΔH de dizolvare a sării anhidre și a hidratului cristalin.
Caldura de hidratare se calculeaza folosind legea lui Hess:
ΔН dizolvarea sării anhidre = ΔН hidratare + ΔН dizolvarea hidratului cristalin
Eroare relativă definițiile sunt calculate pe baza datelor din tabelul 2.
Tabelul 2.2. Căluri molare de soluție și hidratare pentru unele săruri și hidrați cristalini
| Formula de sare sau hidrat cristalin | ΔНhidratare, kJ/mol | ΔDizolvare, kJ/mol |
| CuS045H20 | 77,8 | +10,50 |
| ZnS047H20 | -95,0 | +18,87 |
| K 2 Cr 2 0 7 | +70,0 | |
| Na2C03 anhidru. | -25.0 | |
| MgSO4 | -84,8 | |
| CaC12 | -72,8 | |
| Na2S0410H20 | 80,5 | |
| NH4NO3 | +26,8 | |
| Na2S2O3 | +27,6 |
Concluzii:
concluziile fiecărui experiment ar trebui să indice ce tip de reacție - exo- sau endotermă - se observă pentru o sare dată și pe baza căreia se poate face o astfel de concluzie.
Căldura standard de formare (entalpia de formare) a unei substanțe se numește entalpia reacției de formare a 1 mol din această substanță din elemente (substanțe simple, adică formate din atomi de același tip) care se află în starea standard cea mai stabilă. Entalpiile standard de formare a substanțelor (kJ/mol) sunt date în cărțile de referință. Când se utilizează valori de referință, este necesar să se acorde atenție stării de fază a substanțelor care participă la reacție. Entalpia de formare a celor mai stabile substanțe simple este 0.
Corolar din legea lui Hess privind calcularea efectelor termice ale reacțiilor chimice bazate pe căldura de formare : standard efectul termic al unei reacții chimice este egal cu diferența dintre căldurile de formare a produselor de reacție și căldurile de formare ale substanțelor inițiale, ținând cont de coeficienții stoichiometrici (numărul de moli) ai reactanților:
CH 4 + 2 CO = 3 C ( grafit ) + 2 ore 2 O.
televizor pe gaz. gaz
Căldura de formare a substanțelor în stările de fază indicate sunt date în tabel. 1.2.
Tabelul 1.2
Căldura de formare a substanțelor
Soluţie
Deoarece reacția are loc la P= const, atunci găsim efectul termic standard sub forma unei modificări de entalpie pe baza căldurilor de formare cunoscute ca o consecință a legii lui Hess (formula (1.17):
ΔH O 298 = ( 2 (–241,81) + 3 0) – (–74,85 + 2 (–110,53)) = –187,71 kJ = –187710 J.
ΔH O 298 < 0, реакция является экзотермической, протекает с выделением теплоты.
Găsim modificarea energiei interne pe baza ecuației (1.16):
ΔU O 298 = ΔH O 298 – Δ ν RT.
Pentru o reacție dată, modificări ale numărului de moli de substanțe gazoase datorate trecerii unei reacții chimice Δν = 2 – (1 + 2) = –1; T= 298 K, atunci
Δ U O 298 = –187710 – (–1) · 8,314 · 298 = –185232 J.
Calculul efectelor termice standard ale reacțiilor chimice folosind căldura standard de ardere a substanțelor care participă la reacție
Căldura standard de ardere (entalpia de ardere) a unei substanțe
este efectul termic al oxidării complete a 1 mol dintr-o substanță dată (la oxizi superiori sau compuși special indicați) cu oxigen, cu condiția ca substanțele inițiale și finale să aibă o temperatură standard. Entalpii standard de ardere a substanțelor 
(kJ/mol) sunt date în cărțile de referință. Când se utilizează o valoare de referință, este necesar să se acorde atenție semnului entalpiei reacției de ardere, care este întotdeauna exotermă ( Δ
H
<0), а в таблицах указаны величины
.
Entalpia de ardere a oxizilor superiori (de exemplu, apă și dioxid de carbon) este 0.
Corolar din legea lui Hess privind calcularea efectelor termice ale reacțiilor chimice bazate pe căldura de ardere : efectul termic standard al unei reacții chimice este egal cu diferența dintre căldurile de ardere ale substanțelor inițiale și căldurile de ardere ale produselor de reacție, ținând cont de coeficienții stoichiometrici (numărul de moli) ai reactanților:
C 2 H 4 + H 2 O= C 2 N 5 EL.