Примеры расчета теплового эффекта реакций

Пример 1. Определить тепловой эффект реакции при 353К.

.

Решение. При заданной температуре в рассматриваемой реакции не наблюдается фазовых и модификационных переходов, поэтому для расчета теплового эффекта воспользуемся уравнениями (26) и (30).

Расчет стандартной энтальпии данной реакции рассмотрен выше (см. пример 1 в разделе 1.3.3).

Коэффициенты Dа, Db, Dc ^/ с учетом агрегатных состояний веществ рассчитываем по 1-му следствию закона Гесса. Значения коэффициентов а, b, c ^/ находим в справочнике / 5, табл.44 /.

Полученные значения D_f,r H⁰ (298), Dа, Db, Dc ^/ подставим в уравнение (30) и, проинтегрировав в интервале температур 298 – 353К, получим:

Вывод. Реакция протекает с выделением тепла. При проведении реакции при заданных условиях (80⁰С) тепловой эффект реакции отличается от стандартного всего на .

Пример 2. Рассчитать тепловой эффект выше рассмотренной реакции при температуре 473 К.

Решение. При решении данного варианта задачи необходимо учесть, что одно из реагирующих веществ, а именно вода, в предложенном интервале температур 298 – 473К претерпевает фазовый переход при 373К. Это вносит существенные коррективы в расчет теплового эффекта данной реакции.

Все вещества в данной реакции, кроме воды, не подвергаются фазовым и модификационным переходам, поэтому пределы интегрирования для них будут одинаковы (298 – 473) К.

Используя уравнения (29) и (30), получим

Выражение в квадратных скобках относится к воде, имеющей фазовый переход жидкость - пар при температуре 373К (100⁰С), где -теплоемкость воды жидкой, - теплоемкость воды газообразной.

Учитывая зависимость теплоемкости от температуры, выражающуюся степенным рядом (22), данное выражение примет вид

Расчет стандартной энтальпии данной реакции рассмотрен выше (см. пример 1 в разделе 1.3.3).

Коэффициенты , , с учетом агрегатных состоянийвеществ рассчитываем по 1-му следствию закона Гесса и без учета воды:

;

Значения коэффициентов а, b, c¢ для воды в жидком и газообразном состояниях находим в справочнике /5, табл.44/:

; ; ;

, , .

Расчет фазового перехода воды из жидкости в пар рассмотрен в примере 3 раздела 1.3.3.

Полученные значения подставим в уравнение (28) и, проинтегрировав в интервале температур 298 – 473 К, получим:

Вывод. Реакция экзотермическая (сопровождается выделением тепла). Численно тепловой эффект рассматриваемого химического процесса при отличается от стандартного теплового эффекта этой реакции на – .

Следует отметить, что значительный вклад в это изменение вносит фазовый переход воды.

Рассмотренные примеры показывают, что расчеты тепловых эффектов химических реакций достаточно громоздки и отнимают много времени. Поэтому часто пользуются различными приемами, облегчающими данные расчеты. Один из таких приемов рассмотрен в /3, С.232-234/.