|
p align="left">Теплоты химических процессов, протекающих при р, Т=соnst V,T=const, называют тепловыми аффектами. При экзотермических реакциях энтальпия системы уменьшается и ДН < О (H2 < H1), а при эндотермических энтальпия системы увеличивается и ДH > О (H2>H1). В дальнейшем тепловые эффекты всюду выражаются через ДН. Термохимические расчеты основаны на законе Гесса: тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода. Часто в термохимических расчетах применяют следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции ДHх.р. равен сумме теплот образования ДНобр продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции. Пример 1 При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (V) с парами воды образуется жидкий РОС1з и хлористый водород. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции. Решение. Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также численное значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Qр равные изменению энтальпии системы ДН. Значение ДН приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой с запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния веществ: г -- газообразное, ж -- жидкое, к -- кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно. Если в результате реакции выделяется теплота, то ДН < О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции: РCl5(к) + H2O(г) = POCl3(ж) + 2HCl(г)? ДНх.р.=-111,4кДж Таблица 4 Стандартные теплоты (энтальпии) образования ДНо298 некоторых веществ |
Вещество | Состояние | ДНо298, кДж/моль | Вещество | Состояние | ДНо298, кДж/моль | | С2Н2 | г | +226,75 | СО | г | -110,52 | | СS2 | г | +115,28 | СН3ОН | г | -201,17 | | NO | г | +90,37 | С2Н5ОН | г | -235,31 | | С6Н6 | г | +82,93 | Н2О | г | -241,83 | | С2Н4 | г | +52,28 | Н2О | ж | -285,84 | | Н2S | г | -20,15 | NH4Cl | к | -315,39 | | NH3 | г | -46,19 | СО2 | г | -393,51 | | СН4 | г | -74,85 | Fe2O3 | к | -822,10 | | С2Н6 | г | -84,67 | Са(ОН)2 | к | -986,50 | | НС1 | г | -92,31 | А12О3 | к | -1669,80 | | | | | TiO2 | к | -943,9 | | |
Пример 2Реакция горения этана выражается термохимическим уравнениемС2Н6(г) +3 1/2О2=2СО2(г)+3Н2О(ж)? ДНхр= -1559,87 кДжВычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО2 (г) и Н2О (ж) (табл. 4).Решение. Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования 1 моль этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях.Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т.е. 25° С (298 К) и 1,013·105 Па, и обозначают через ДНо298.Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то здесь и в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через ДН. Следовательно, нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид2С (графит) + 3Н2(г) = С2Н6(г); ДН = ?исходя из следующих данных:а) С2Н6 (г) + 31/2 О2 (г) = 2 СО2 (г) + 3Н2О (ж); ДН = -1559,87 кДжб) С (графит) + О2 (г) = СО2 (г); ДН = -393,51 кДжв) H2 (г) + 1/2 О2 = Н2О (ж)ДН = -285,84 кДжНа основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (в) - на 3, а затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения (а):С2Н6 (г) + 31/2 О2 (г) - 2 С - 2 О2 (г) - 3Н2 - 3/2 О2 = 2СО2 + 3Н2О - 2СО2 - 3Н2ОДН = -1559,87 - 2 (-393,51) - 3 (-285,84) = +84,67 кДж;ДН = -1559,87 + 787,02 + 857,52 ;C2Н6 = 2 С + 3 Н2; ДН = +84,67 кДж.Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то ДНC2Н6(г) = - 84,67 кДж. К тому же результату придем, если для решения задачи применить вывод из закона Гесса: ДНхр=2ДНсо2+3ДНн2о-ДНс2н6-3ЅДНо2 Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю ДН(с2н6)=2ДНсо2+3ДНн2о-ДНх.р. ДН(с2н6)=2(-393,51)+3(-285,84)+1559,87=-84,67? ДНобр(с2н6(г))=-84,67кДж Пример 3 Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением С2Н5ОН(ж)+3О2(г)=2СО2(г)+3Н2О(ж); ДН=? Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная (молярная) теплота парообразования С2Н5ОН(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования С2Н5ОН(г); С02(г); Н2О(ж) (см. табл. 5). Решение. Для определения ДН реакции необходимо знать теплоту образования С2Н5ОН (ж). Последнюю находим из данных: С2Н5ОН(ж) = С2Н5ОН(г) ДН=+42,36кДж +42,36=-235,31-ДНс2н5он(ж) ДН(с2н5он(ж))=-235,31-42,36= -277,67кДж Вычисляем ДН реакции применяя следствия из закона Гесса: ДНх.р.= 2 (-393,51)+3 (-285,84)+277,67=-1366,87кДж Контрольные вопросы 81. Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена С2Н2 , если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды? Ответ: 924,88 кДж. 82. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия? Ответ: 452.37 кДж. 83. Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением СН3ОН(ж) + 3/2О2 (г) = СО2 (г) + 2Н2О (ж);ДH = ? Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования CН3ОН (ж) равна +37,4 кДж. Ответ: --726,62 кДж. 84. При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н5ОН (ж).Ответ: -277,67 кДж/моль. 85. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением С6Н6(ж)+7ЅО2(г)=6СО2(г)+3Н2О(г)У ДН=? Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж. Ответ: -3135,58 кДж. 86. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моль этана С2Н6 (г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м3 этана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 63742,86 кДж. 87.Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением 4NH3 (г) + 3О2 (г) = 2N2 (г) + 6Н2О (ж);ДН = 1530,28 кДж Вычислите теплоту образования NН3 (г). Ответ: - 46.19 кДж/моль. 88. При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS. Oтвет; -100,26 кДж/моль. 89. При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н2 (г). Ответ: 226,75 кДж/моль. 90. При получении эквивалентной массы гидроксида кальция из СаО (к) и Н2О (ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: --635,6 кДж/моль. 91. Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении Fe2O3 металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа. Ответ: 2543.1 кДж. 92. Газообразный этиловый спирт С2Н5ОН можно получить при взаимодействии этилена С2Н4 (г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: --45,76 кДж. 93. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений FeO + CO (г) = Fe (к) + СО2 (г);ДH = -13,18 кДж СО (г) + 1/2 О2 (г) = СО2(г); ДH = -283,0 кДжН2 (г) + 1/2О2 (г) = Н2О (г);ДH = -241,83 кДжОтвет: +27,99 кДж.94. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод СS2 (г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: +65,43 кДж. 95. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО (г) и водородом, в результате которой образуются СН4 (г) и Н2О (г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 618,48кДж. 96. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования NO? Вычислите теплоту образования NО, исходя из следующих термохимических уравнений: 4NH3 (г) + 5О2 (г) = 4NO (г) + 6Н2О (ж);ДН = -1168,80 кДж 4NH3 (г) + 3О2 (г) = 2N2 (г) + 6Н2О (ж);ДН = 1530,28 кДж Ответ: 90,37 кДж. 97. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлористого водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия? Ответ: 78,97 кДж. 98. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплоту образования метана, исходя из следующих термохимических уравнений: Н2 (г) + 1/2О2 (г) = Н2О (ж); ДН = -285,84 кДж С (к) + О2 (г) = СО2 (г);ДН = -393,51 кДж СН4 (г) + 2О2 (г) = 2Н2О (ж) + СО2 (г);ДН = -890,31 кДж Ответ: -74,88 кДж 99. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений: Са (к) + 1/2О2 (г) = СаО (к); ДН = -635,60 кДж Н2 (г) + 1/2О2 = Н2О (ж);ДН = -285,84 кДж СаО (к) + Н2О (ж) = Са(ОН)2 (к);ДН = -65,06 кДж Ответ: -986,50 кДж. 100. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования C6Н6 (ж). Ответ: +49.03 кДж. ТЕМА: Химическое сродство При решении задач этого раздела данные для расчетов необходимо взять в таблице этого раздела и в справочнике физико-химических величин. Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
|
