Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Термохимические расчеты





Тепловые эффекты химических реакций определяют как экспериментально, так и с помощью термохимических расчетов.

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1841 г):

Тепловой эффект реакции не зависит от пути, по которому протекает реакция (т.е. от числа промежуточных стадий), а определяется начальным и конечным состоянием системы.

Например, реакция горения метана может протекать по уравнению:

СН4 +2О2 = СО2 + 2Н2О(Г) ΔН01 = —802,34 кДж

Эту же реакцию можно провести через стадию образования СО:

СН4 +3/2О2 = СО + 2Н2О(Г) ΔН02 = —519,33 кДж

СО +1/2О2 = СО2 ΔН03= —283,01 кДж

При этом оказывается, что ΔН01 = ΔН02 + ΔН03 . Следовательно, тепловой эффект реакции, протекающей по двум путям, одинаков. Закон Гесса хорошо иллюстрируется с помощью энтальпийных диаграмм (рис.2)

 
 

Из закона Гесса вытекает ряд следствий:

1. Тепловой эффект прямой реакции равен тепловому эффекту обратной реакции с противоположным знаком.

2. Если в результате ряда последовательных химических реакций система приходит в состояние, полностью совпадающее с исходным, то сумма тепловых эффектов этих реакций равна нулю (ΔН = 0). Процессы, в которых система после последовательных превращений возвращается в исходное состояние, называются круговыми процессами или циклами. Метод циклов широко используется в термохимических расчетах. .

3. Энтальпия химической реакции равна сумме энтальпий образования продуктов реакций за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Здесь встречаемся с понятием ''энтальпия образования''.

Энтальпией (теплотой) образования химического соединения называется тепловой эффект реакции образования 1 моля этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т.е. 250С (298 К) и 100 кПа. Стандартные энтальпии образования химических веществ обозначаются ΔН0298 (или ΔН0), измеряются в кДж/моль и приводятся в справочниках. Энтальпию образования простых веществ , устойчивых при 298 К и давлении 100 кПа, принимают равной нулю.

В таком случае следствие из закона Гесса для теплового эффекта химической реакции (ΔН(Х.Р.)) имеет вид:

ΔН(Х.Р.) = ∑ΔН0продуктов реакции — ∑ΔН0исходных веществ

Используя закон Гесса, можно рассчитывать энергию химической связи, энергию кристаллических решеток, теплоты сгорания топлив, калорийность пищи и т.д.

Наиболее распространенные расчеты – вычисление тепловых эффектов (энтальпий) реакций, что необходимо для технологических и научных целей.

Пример 1. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО2(Г) и водородом, в результате которой образуются СН4(Г) и Н2О(Г), вычислив ее тепловой эффект на основе данных, приведенных в приложении. Сколько теплоты выделится в этой реакции при получении 67,2 л метана в пересчете на стандартные условия?

Решение. Составляем и уравниваем химическую часть требующегося термохимического уравнения:

СО2(Г) + 3Н2(Г) = СН4(Г) + 2Н2О(Г)

Находим в справочнике (приложение) стандартные теплоты образования соединений, участвующих в процессе:

ΔН0 (СО2(Г)) = —393,51 кДж/моль ΔН0 (СН4(Г)) = —74,85 кДж/моль ΔН0 (Н2(Г)) = 0 кДж/моль ΔН0 (Н2О(Г)) = ―241,83 кДж/моль

Обратите внимание, что теплота образования водорода, как и всех простых веществ в их устойчивом при данных условиях состоянии, равна нулю. Рассчитываем тепловой эффект реакции:

ΔН(Х.Р.) = ∑ΔН0(прод.) — ∑ΔН0(исх.) =

ΔН0(СН4(Г)) + 2ΔН0(Н2О(Г)) — ΔН0(СО2(Г)) —3ΔН0 (Н2(Г))) =

—74,85 + 2(—241,83) — (—393,51) — 3·0 = —165,00 кДж/моль.

Термохимическое уравнение имеет вид:

СО2(Г) + 3Н2(Г) = СН4(Г) + 2Н2О(Г); ΔН= —165,00 кДж

Согласно этому термохимическому уравнению, 165,00 кДж теплоты выделится при получении 1 моль, т.е. 22,4 л метана. Количество теплоты, выделившейся при получении 67,2 л метана, находим из пропорции:

22,4 л —— 165,00 кДж 67,2·165,00

67,2 л —— Q кДж Q = —————— = 495,00кДж

22,4

Пример 2. При сгорании 1л этилена С2Н4(Г) (стандартные условия) с образованием газообразного оксида углерода (IV) и жидкой воды выделяется 63,00 кДж теплоты. Рассчитайте по этим данным мольную энтальпию горения этилена и запишите термохимическое уравнение реакции. Вычислите энтальпию образования С2Н4(Г) и сравните полученное значение с литературными данными (приложение).

Решение. Составляем и уравниваем химическую часть требующегося термохимического уравнения:

С2Н4(Г) + 3О2(Г) = 2СО2(Г) + 2Н2О(Ж); DН= ?

Создаваемое термохимическое уравнение описывает горение 1 моль, т.е. 22,4 л этилена. Необходимую для него мольную теплоту горения этилена находим из пропорции:

1л —— 63,00 кДж 22,4·63,00

22,4 л —— Q кДж Q = —————— = 1410,96кДж

DН = -Q, термохимическое уравнение горения этилена имеет вид: С2Н4(Г) + 3О2(Г) = 2СО2(Г) + 2Н2О(Ж); = -1410,96 кДж

Для расчета энтальпии образования С2Н4(Г) привлекаем следствие из закона Гесса: ΔН(Х.Р.) = ∑ΔН0(прод.) — ∑ΔН0(исх.).

Используем найденную нами энтальпию горения этилена и приведенные в приложении энтальпии образования всех (кроме этилена) участников процесса.

—1410,96 = 2·(—393,51) + 2·(—285,84) — ΔН0(С2Н4(Г)) — 3·0

Отсюда ΔН0(С2Н4(Г)) = 52,26 кДж/моль. Это совпадает со значением, приведенным в приложении и доказывает правильность наших вычислений.

Пример 3. Напишите термохимическое уравнение образования метана из простых веществ, вычислив энтальпию этого процесса из следующих термохимических уравнений:

СН4(Г) + 2О2(Г) = СО2(Г)+ 2Н2О(Ж) ΔН1= -890,31 кДж (1)

С( ГРАФИТ) + О2(Г) = СО2(Г)2 = -393,51 кДж (2)

Н2(Г) + ½О2(Г) = Н2О(Ж)3 = -285,84 кДж (3)

Сравните полученное значение с табличными данными (приложение).

Решение. Составляем и уравниваем химическую часть требующегося термохимического уравнения:

С(ГРАФИТ) + 2Н2(Г) = СН4(Г)4 = DН0(СН4(Г))) =? (4)

С термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Мы должны в результате алгебраических действий с уравнениями 1, 2 и 3 получить уравнение 4. Для этого следует уравнение 3 умножить на 2, результат сложить с уравнением 2 и вычесть уравнение 1.

2(Г) + О2(Г) = 2Н2О(Ж)0(СН4(Г)) = 2DН3 + DН2 - DН1

+ С(ГРАФИТ) + О2(Г) + СО2(Г)0(СН4(Г)) = 2(—285,84)

— СН4(Г) — 2О2(Г) —СО2(Г)— 2Н2О(Ж) + (—393,51)

― (—890,31).

С(ГРАФИТ) + 2Н2(Г) = СН4(Г)0(СН4(Г))= —74,88 кДж

Это совпадает со значением, приведенным в приложении, что доказывает правильность наших вычислений.

 








Date: 2015-05-05; view: 522; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.01 sec.) - Пожаловаться на публикацию