Efect termic reacția este cantitatea de căldură care este eliberată sau absorbită de sistem în timpul reacției.
unde, - coeficienții stoichiometrici ai produselor de reacție și ai materiilor prime; , - entalpii standard de formare a produselor de reacție și a materiilor prime. Căldura educației. Aici indicele înseamnă formare(formație) și zero, că valoarea se referă la starea standard a substanței.
Căldura educației substanțele sunt determinate prin cărți de referință sau calculate pe baza structurii substanței.
Căldura de ardere se numește cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a unei unități de cantitate de substanță, cu condiția ca produsele inițiale și finale să fie în condiții standard.
Distinge:
· molar- pentru un mol (kJ/mol),
· masiv- pentru un kilogram (kJ / kg),
· volumetric- pentru un metru cub de substanță (kJ/m³) căldură de ardere.
În funcție de starea de agregare a apei formate în timpul arderii, se face distincția între căldura de ardere mai mare și cea mai mică.
Putere calorică mai mare se numește cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a unei unități de cantitate de substanță combustibilă, inclusiv căldura de condensare a vaporilor de apă.
Puterea calorică netă se numește cantitatea de căldură care se eliberează în timpul arderii complete a unei unități de cantitate de substanță combustibilă, cu condiția ca apa din produsele de ardere să fie în stare gazoasă.
Căldura molară de ardere se calculează conform legii Hess... Pentru a converti căldura molară de ardere în masă, puteți folosi formula:
unde este masa molară a unei substanțe combustibile,.
Pentru substanțele în stare gazoasă, atunci când sunt convertite de la căldura standard de combustie în volumetrică, utilizați formula:
unde este volumul molar al gazului, care în condiții standard este egal cu.
Rezultate suficient de precise pentru substanțe sau amestecuri combustibile complexe sunt date de formula Mendeleev pentru cea mai mare putere calorică:
Unde , ; ,,,, este conținutul de carbon, hidrogen, sulf, oxigen și respectiv azot din combustibil, respectiv, în masă. la sută.
Pentru putere calorică mai mică
Unde , ; - continutul de umiditate al substantei combustibile in masa. la sută.
Calculul căldurii de ardere a amestecurilor combustibile se realizează după formula
unde este cea mai scăzută căldură de ardere a amestecului combustibil; - fracția volumică a celui de-al-lea combustibil din amestec; - cea mai scăzută căldură de ardere a combustibilului din amestec,.
Calculul căldurii de ardere a amestecurilor gaz-aer se realizează folosind formula
unde este cea mai scăzută căldură de ardere a unei substanțe combustibile; - concentratia materiei combustibile in amestecul gaz-aer, fractiunea de volum; - caldura de ardere a amestecului gaz-aer,.
Capacitate termica corpul este o mărime fizică care determină raportul dintre cantitatea infinitezimală de căldură primită de corp și creșterea corespunzătoare a temperaturii acestuia.
Cantitatea de căldură furnizată sau îndepărtată din corp este întotdeauna proporțională cu cantitatea de materie.
Căldura specifică numită capacitate termică pe unitate de substanță. Cantitatea de substanță poate fi măsurată în kilograme, metri cubi și moli. Prin urmare, se face o distincție între masă, volum și capacitatea de căldură molară.
Să notăm:
· - capacitatea de căldură molară,. Aceasta este cantitatea de căldură care trebuie suspendată de la 1 mol de substanță, astfel încât temperatura acesteia să crească cu 1 Kelvin;
· - capacitatea de masă termică,. Aceasta este cantitatea de căldură care trebuie suspendată de la 1 kilogram de substanță, astfel încât temperatura acesteia să crească cu 1 Kelvin;
· - capacitatea termică volumetrică,. Aceasta este cantitatea de căldură care trebuie suspendată de la 1 metru cub de substanță, astfel încât temperatura acesteia să crească cu 1 Kelvin.
Relația dintre capacitățile termice molare și de masă este exprimată prin formula
unde este masa molară a substanței. Capacitatea termică volumetrică este exprimată în termeni molar după cum urmează
unde este volumul molar al gazului în condiții normale.
Capacitatea termică a unui corp depinde de procesul în care este furnizată căldură.
Capacitatea termică a unui corp la presiune constantă se numește raportul dintre cantitatea de căldură specifică (pe 1 mol de substanță) furnizată în procesul izobaric și modificarea temperaturii corpului.
Capacitatea termică a corpului la volum constant se numește raportul dintre cantitatea de căldură specifică (pe 1 mol de substanță) furnizată în procesul izocor și modificarea temperaturii corpului.
Capacitatea termică a gazelor ideale este
unde este numărul de grade de libertate ale moleculei. Relația dintre capacitățile termice izobară și izocoră ale gazelor ideale este determinată de ecuația Mayer
unde este constanta universală a gazului.
Capacitatea termică a substanțelor în fază solidă pentru condiții apropiate de normal conform legii Dulong-Petit este
Datorită faptului că capacitatea termică depinde de temperatură, consumul de căldură pentru aceeași creștere a temperaturii se modifică (Fig. 3.1).
Capacitate de căldură adevărată se numește capacitatea termică, care, pentru un anumit proces termodinamic, se exprimă prin următoarea formulă
unde - denotă procesul prin care se măsoară capacitatea termică. Parametrul poate lua valori etc.
Orez. 3.1. Dependența capacității termice de temperatură
Capacitate termica medie este raportul dintre cantitatea de căldură transmisă corpului într-un proces dat și modificarea temperaturii, cu condiția ca diferența de temperatură să fie o valoare finită. Cu dependența cunoscută a capacității reale de căldură de temperatură, capacitatea medie de căldură în intervalul de temperatură de la până la poate fi găsită folosind teorema valorii medii
unde este capacitatea termică medie, este capacitatea termică adevărată.
În studiile experimentale ale capacității termice a substanțelor, capacitatea termică medie se găsește adesea în funcție de limita superioară, la o valoare fixă a limitei inferioare, care se ia egală cu
Dependența capacităților termice medii ale gazelor de temperatura limitei superioare sunt prezentate în Tabelul 3.1.
Capacitatea termică a amestecului de gaze depinde de compoziția amestecului și de capacitățile termice ale componentelor. Să desemnăm: - fracția molară a componentului din amestec; - fracție de volum; - fractiune in masa. Iată cantitatea de-a-lea component într-un mol, m 3, respectiv kg. Capacitatea termică a amestecului de gaze poate fi determinată prin formule
unde ,, sunt capacitățile termice medii molare, masice și volumetrice ale componentei a treia a amestecului.
Tabelul 3.1.
| Denumirea gazului | Formule pentru determinarea capacităților termice molare medii ale gazelor individuale la volum constant, J / (mol · grade), pentru temperaturi, 0 С | |
| de la 0 la 1500 | de la 1501 la 2800 | |
| Aer | ||
| Oxigen | ||
| Azot | ||
| Hidrogen | ||
| Monoxid de carbon | ||
| Dioxid de carbon | ||
| Vapor de apă |
În motoarele și motoarele termice, la începutul fiecărui ciclu, o parte din amestecul proaspăt este alimentată în camera de ardere, care se numește încărcătură proaspătă... Cu toate acestea, de regulă, gazele de eșapament din ciclul anterior rămân în camera de ardere.
Raportul gazelor reziduale numită atitudine
unde este numărul de moli de gaze reziduale, este numărul de moli de sarcină proaspătă. Se numește amestecul din camera de ardere de gaze reziduale cu o încărcătură proaspătă amestec de lucru... Capacitatea termică a amestecului de lucru este calculată prin formula
unde, - capacitatea termică medie a încărcăturii proaspete și a gazelor reziduale la temperatura amestecului de lucru; este coeficientul de gaz rezidual.
Căldura eliberată în zona de ardere este cheltuită pentru încălzirea produselor de ardere și pierderea de căldură (acestea din urmă includ preîncălzirea substanței combustibile și radiația din zona de ardere în mediu). Se numeste temperatura maxima la care se incalzesc produsele de ardere temperatura de ardere.
În funcție de condițiile în care are loc procesul de ardere, acestea se disting calorimetric, adiabatic, teoretic, și valabil temperatura de ardere.
Sub temperatura calorimetrică de ardereînțelegeți temperatura la care sunt încălzite produsele de ardere în următoarele condiții:
· Toata caldura degajata in timpul reactiei merge la incalzirea produselor de ardere;
· Are loc o ardere completă a amestecului combustibil stoechiometric ();
· În procesul de formare a produselor de ardere, disocierea acestora nu are loc;
· Amestecul combustibil este la o temperatură inițială de 273K și o presiune de 101,3 kPa.
Temperatura de ardere adiabatică se determină pentru un amestec combustibil nestoichiometric ().
Temperatura teoretică de ardere se deosebeşte de cel calorimetric prin faptul că calculele iau în calcul pierderile de căldură datorate disocierii produşilor de ardere.
Temperatura reală de ardere este temperatura la care produsele de ardere sunt încălzite în condiții reale.
Să luăm în considerare calculul numai a temperaturilor calorimetrice și adiabatice de ardere cu o mică corecție. Vom presupune că temperatura inițială a amestecului inițial diferă de. Să desemnăm, de asemenea, numărul de moli din amestecul de lucru și amestecul de produse de ardere. Apoi, bilanţul termic al arderii la presiune constantă poate fi scris după cum urmează
unde, - capacitatea termică medie a amestecului inițial și a produselor de ardere; - caldura degajata in timpul arderii a 1 mol din amestecul de lucru; și - temperaturile amestecului de lucru și respectiv a produselor de ardere. În ceea ce privește un mol din amestecul de lucru, formula (3.20) poate fi reprezentată ca
unde este coeficientul de modificare moleculară în compoziția amestecului. Temperaturile calorimetrice și adiabatice de ardere se găsesc din ecuația bilanţului termic.
Presiunea de explozie poate fi găsită folosind ecuația Cliperon-Mendeleev, având în vedere că volumul nu se modifică în proces.
Lucrarea practică nr. 3
„Calculul căldurii de ardere a substanțelor”
Ţintă: Să stăpânească conceptele de bază ale bilanţului energetic al proceselor de ardere. Aflați cum să calculați căldura de ardere pentru un alt tip de substanță combustibilă (substanțe și amestecuri individuale; substanțe complexe reprezentate de o compoziție elementară).
Formule de calcul și algoritmi
1. Pentru a calcula puterea calorică substanțe individuale se utilizează formula (3.1). În primul rând, se întocmește o ecuație pentru reacția de ardere, cu ajutorul căreia se determină coeficienții și produsele stoichiometrice. Apoi, conform tabelului (vezi Tabelul 3.1), se găsesc entalpiile standard de formare a materiilor prime și a produselor de reacție. Parametrii găsiți sunt înlocuiți în formula (3.1) și se calculează căldura de ardere a substanței combustibile.
2. Căldura de ardere substanțe complexe se găsesc prin formulele lui D.I.Mendeleev (3.4) și (3.5). Pentru a efectua calculul, trebuie doar să cunoașteți fracțiile de masă ale elementelor în procente. Puterea calorică se calculează în kJ/kg.
3. Pentru calcul amestecuri combustibile utilizați formulele (3.1) - (3.6). În primul rând, cea mai scăzută căldură de ardere a fiecărui gaz combustibil se găsește ca substanță individuală conform formulei (3.2) sau ca substanță complexă conform formulelor (3.4), (3.5). Pentru trecerea la căldura volumetrică de ardere se folosesc formulele (3.2), (3.3). Calculul se finalizează prin calcularea celei mai scăzute călduri de ardere a amestecului de combustibil conform formulei (3.6).
4. Să se determine puterea calorică de 1 m 3 amestec gaz-aer calculați fracția de volum a gazelor combustibile în prezența aerului, de a cărui cantitate depinde. Apoi, folosind formula (3.7), se calculează căldura de ardere a amestecului gaz-aer.
Exemplul 3.1. Determinați puterea calorică netă a acetilenei.
Soluţie. Să scriem ecuația de ardere a acetilenei.
În conformitate cu ecuația, coeficienții stoichiometrici sunt,,,. Folosind Anexa 3.1, găsim entalpiile standard de formare a substanțelor de reacție:,,,. Folosind formula (3.1), calculăm cea mai scăzută căldură de ardere a acetilenei
Pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii a 1 m 3 de acetilenă, este necesar să se împartă valoarea rezultată la volumul molar în condiții standard (3.3):
Răspuns: ;
Soluţie. Folosind formulele lui Mendeleev (3.4) și (3.5), găsim
Răspuns: .
Exemplul 3.3. Determinați căldura de ardere a unui amestec de gaz format din - 40%, - 20%, - 15%, - 5%, - 10%, - 10%.
Soluţie. Dintre aceste gaze, inflamabile sunt,,,. Să notăm ecuația pentru reacția cu oxigenul pentru fiecare combustibil:
Entalpiile standard de formare a substanțelor se găsesc folosind datele tabelare din Tabelul 3.2.
; ; ; ; ; ; ; .
Folosind formula (3.1) în conformitate cu ecuațiile de ardere (1) - (4), găsim căldura de ardere,:
Pentru un amestec de gaze combustibile se folosește formula (3.6), ținând cont de faptul că fracțiile molare și de volum coincid. În urma calculelor, obținem cea mai scăzută căldură de ardere a unui amestec de gaze
Când se arde 1 m 3 dintr-un astfel de amestec de gaze, se eliberează căldură egală cu
Răspuns: ; .
Soluţie. Scrieți ecuația arderii propanului
În conformitate cu ecuația reacției, 1 m 3 de propan trebuie să reprezinte m 3 de aer pentru amestecul stoichiometric. Având în vedere că 1 m 3 de propan consumă de fapt m 3 de aer. Astfel, în 1 m 3 într-un amestec propan-aer, fracția volumică a propanului va fi
Cea mai scăzută căldură de ardere a propanului se găsește prin formula (3.1). Entalpia standard de formare a propanului poate fi determinată din Tabelul 3.2.
Căldura de ardere a propanului este
Cea mai scăzută căldură de ardere a unui amestec propan-aer poate fi determinată prin formula (3.7)
1536,21
Tabelul 3.3. Parametri pentru sarcina de control nr. 3.1
| Opțiune | Condiție | Opțiune | Condiție | Opțiune | Condiție |
| 1. | CH30H | 11. | C4H8 | 21. | C8H18 |
| 2. | C2H5OH | 12. | C4H10 | 22. | C10H8 |
| 3. | NH3 | 13. | C3H8 | 23. | C12H10 |
| 4. | SO 3 | 14. | C7H8 | 24. | CH4O |
| 5. | HNO 3 | 15. | C7H16 | 25. | C2H4O2 |
| 6. | C3H4 | 16. | C5H12 | 26. | C2H6O |
| 7. | H2S | 17. | C6H12 | 27. | C3H6O |
| 8. | C5H5N | 18. | C6H14 | 28. | C4H10O |
| 9. | C2H5O | 19. | C8H6 | 29. | CH6N2 |
| 10. | C3H6 | 20. | C8H10 | 30. | C6H7N |
Tabelul 3.4. Parametri pentru sarcina de control nr. 3.2 ( W - umiditate)
Termochimia studiază efectele termice ale reacțiilor chimice. În multe cazuri, aceste reacții au loc la volum constant sau presiune constantă. Din prima lege a termodinamicii rezultă că în aceste condiții căldura este o funcție de stare. La un volum constant, căldura este egală cu modificarea energiei interne:
și la presiune constantă - modificarea entalpiei:
Aceste egalități aplicate reacțiilor chimice sunt esența legea lui Hess:
Efectul termic al unei reacții chimice care se desfășoară la presiune constantă sau volum constant nu depinde de calea reacției, ci este determinat doar de starea reactanților și a produselor de reacție.
Cu alte cuvinte, efectul termic al unei reacții chimice este egal cu o schimbare a funcției de stare.
În termochimie, spre deosebire de alte aplicații ale termodinamicii, căldura este considerată pozitivă dacă este eliberată în mediu, adică. dacă H < 0 или U
< 0. Под тепловым эффектом химической реакции
понимают значение H(care se numește pur și simplu „entalpia reacției”) sau U reactii.
Dacă reacția se desfășoară în soluție sau în fază solidă, unde modificarea de volum este nesemnificativă, atunci
H = U + (pV) U. (3.3)
Dacă gazele ideale sunt implicate în reacție, atunci la temperatură constantă
H = U + (pV) = U+ n. RT, (3.4)
unde n este modificarea numărului de moli de gaze din reacție.
Pentru a facilita compararea entalpiilor diferitelor reacții, se folosește termenul „stare standard”. Starea standard este starea unei substanțe pure la o presiune de 1 bar (= 10 5 Pa) și o temperatură dată. Pentru gaze, aceasta este o stare ipotetică la o presiune de 1 bar, care are proprietățile unui gaz infinit rarefiat. Entalpia de reacție între substanțe în stări standard la temperatură T, denota ( rînseamnă „reacție”). În ecuațiile termochimice sunt indicate nu numai formulele substanțelor, ci și stările lor agregate sau modificările cristaline.
Din legea lui Hess rezultă consecințe importante care fac posibilă calcularea entalpiilor reacțiilor chimice.
Corolarul 1.
este egală cu diferența dintre entalpiile standard de formare a produselor de reacție și reactivi (ținând cont de coeficienții stoichiometrici):
Entalpia (căldura) standard de formare a unei substanțe (fînseamnă „formare”) la o anumită temperatură se numește entalpia reacției de formare a unui mol din această substanță de elemente care se află în starea standard cea mai stabilă. Conform acestei definiții, entalpia de formare a celor mai stabile substanțe simple în stare standard este 0 la orice temperatură. Entalpiile standard de formare a substanțelor la o temperatură de 298 K sunt date în cărțile de referință.
Conceptul „entalpie de formare” este folosit nu numai pentru substanțele obișnuite, ci și pentru ionii în soluție. În acest caz, ionul H + este luat ca punct de referință, pentru care se presupune că entalpia standard de formare într-o soluție apoasă este zero: 
Corolarul 2. Entalpia standard a unei reacții chimice
este egală cu diferența dintre entalpiile de ardere a reactivilor și a produselor de reacție (ținând cont de coeficienții stoichiometrici):
(cînseamnă „combustie”). Entalpia (căldura) standard de ardere a unei substanțe se numește entalpia reacției de oxidare completă a unui mol de substanță. Această consecință este de obicei folosită pentru a calcula efectele termice ale reacțiilor organice.
Corolarul 3. Entalpia unei reacții chimice este egală cu diferența dintre energiile legăturilor chimice rupte și formate.
Prin energia comunicării A-B este energia necesară pentru a rupe legătura și a separa particulele rezultate la o distanță infinită:
AB (g) A (g) + B (g).
Energia legată este întotdeauna pozitivă.
Majoritatea datelor termochimice din cărțile de referință sunt date la o temperatură de 298 K. Pentru a calcula efectele termice la alte temperaturi, utilizați Ecuația lui Kirchhoff:
(forma diferențială) (3.7)
(forma integrală) (3.8)
Unde C p- diferenţa dintre capacităţile termice izobare ale produşilor de reacţie şi substanţele iniţiale. Dacă diferența T 2 - T 1 este mic, atunci poți accepta C p= const. Cu o diferență mare de temperatură, este necesar să folosiți dependența de temperatură C p(T) tip:
unde coeficienții A, b, c etc. pentru substanțele individuale, acestea sunt preluate din cartea de referință, iar semnul indică diferența dintre produse și reactivi (ținând cont de coeficienți).
EXEMPLE
Exemplul 3-1. Entalpiile standard de formare a apei lichide și gazoase la 298 K sunt -285,8 și respectiv -241,8 kJ/mol. Calculați entalpia de vaporizare a apei la această temperatură.
Soluţie... Entalpiile de formare corespund următoarelor reacții:
H2 (g) + ЅO2 (g) = H2O (g), H 1 0 = -285.8;
H2 (g) + ЅO2 (g) = H2O (g), H 2 0 = -241.8.
A doua reacție poate fi efectuată în două etape: în primul rând, hidrogenul este ars pentru a forma apă lichidă conform primei reacții, iar apoi apa este evaporată:
H2O (g) = H2O (g), H 0 isp =?
Apoi, conform legii lui Hess,
H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,
Unde H 0 isp = -241,8 - (-285,8) = 44,0 kJ/mol.
Răspuns. 44,0 kJ/mol.
Exemplul 3-2. Calculați entalpia de reacție
6C (g) + 6H (g) = C6H6 (g)
a) prin entalpii de formare; b) prin energiile de legătură, presupunând că legăturile duble din molecula C 6 H 6 sunt fixe.
Soluţie... a) Entalpiile de formare (în kJ/mol) se găsesc în cartea de referință (de exemplu, P.W. Atkins, Physical Chemistry, ediția a 5-a, pp. C9-C15): f H 0 (C6H6 (g)) = 82,93, f H 0 (C (g)) = 716,68, f H 0 (H (g)) = 217,97. Entalpia de reacție este:
r H 0 = 82,93 - 6 716,68 - 6 217,97 = -5525 kJ/mol.
b) În această reacție, legăturile chimice nu se rup, ci doar se formează. În aproximarea dublelor legături fixe, molecula C 6 H 6 conține 6 legături C-H, 3 legături C-C și 3 legături C = C. Energiile de legătură (în kJ/mol) (P.W. Atkins, Physical Chemistry, ediția a 5-a, p. C7): E(C-H) = 412, E(C-C) = 348, E(C = C) = 612. Entalpia de reacție este:
r H 0 = - (6 412 + 3 348 + 3 612) = -5352 kJ/mol.
Diferența cu rezultatul exact -5525 kJ/mol se datorează faptului că în molecula de benzen nu există legături simple C-C și legături duble C = C, dar există 6 legături aromatice C C.
Răspuns. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.
Exemplul 3-3. Calculați entalpia de reacție folosind datele de referință
3Cu (s) + 8HNO 3 (aq) = 3Cu (NO 3) 2 (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (g)
Soluţie... Ecuația abreviată a reacției ionice este:
3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO3 - (aq) = 3Cu2+ (aq) + 2NO (g) + 4H20 (l).
Conform legii lui Hess, entalpia de reacție este:
r H 0 = 4f H 0 (H20 (g)) + 2 f H 0 (NO (g)) + 3 f H 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 f H 0 (NO 3 - (aq))
(entalpiile de formare a cuprului și a ionului H + sunt egale, prin definiție, cu 0). Înlocuind valorile entalpiilor de formare (P.W. Atkins, Physical Chemistry, ediția a 5-a, pp. C9-C15), găsim:
r H 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ
(pe baza a trei moli de cupru).
Răspuns. -358,4 kJ.
Exemplul 3-4. Calculați entalpia de ardere a metanului la 1000 K, având în vedere entalpiile de formare la 298 K: f H 0 (CH4) = -17,9 kcal/mol, f H 0 (CO2) = -94,1 kcal/mol, f H 0 (H20 (g)) = -57,8 kcal/mol. Capacitățile termice ale gazelor (în cal / (mol. K)) în intervalul de la 298 la 1000 K sunt egale cu:
Cp (CH4) = 3,422 + 0,0178. T, C p(O2) = 6,095 + 0,0033. T,
Cp (C02) = 6,396 + 0,0102. T, C p(H20 (g)) = 7,188 + 0,0024. T.
Soluţie... Entalpia reacției de ardere a metanului
CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (g)
la 298 K este egal cu:
94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kcal/mol.
Să găsim diferența de capacități termice în funcție de temperatură:
C p = C p(CO2) + 2 C p(H2O (g)) - C p(CH4) - 2 C p(O 2) =
= 5.16 - 0.0094T(cal / (mol. K)).
Entalpia de reacție la 1000 K este calculată folosind ecuația lui Kirchhoff:
= + 
= -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2) / 2 = -192500 cal / mol.
Răspuns. -192,5 kcal/mol.
SARCINI
3-1. Câtă căldură este necesară pentru a transfera 500 g de Al (p.t. 658 о С, H 0 pl = 92,4 cal/g) dus la temperatura camerei în stare topită dacă C p(Al tv) = 0,183 + 1,096 10 -4 T cal / (g K)?
3-2. Entalpia standard a reacției CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g), care se desfășoară într-un vas deschis la o temperatură de 1000 K, este de 169 kJ/mol. Care este căldura acestei reacții care se desfășoară la aceeași temperatură, dar într-un vas închis?
3-3. Calculați energia internă standard de formare a benzenului lichid la 298 K dacă entalpia standard de formare este de 49,0 kJ/mol.
3-4. Calculați entalpia de formare a N 2 O 5 (g) la T= 298 K pe baza următoarelor date:
2NO (g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), H 1 0 = -114,2 kJ/mol,
4NO 2 (g) + O 2 (g) = 2N 2 O 5 (g), H 2 0 = -110,2 kJ/mol,
N2 (g) + O2 (g) = 2NO (g), H 30 = 182,6 kJ/mol.
3-5. Entalpiile de ardere a -glucozei, -fructozei și zaharozei la 25 ° C sunt egale cu -2802,
-2810 și respectiv -5644 kJ/mol. Calculați căldura hidrolizei zaharozei.
3-6. Determinați entalpia de formare a diboranului B 2 H 6 (g) la T= 298 K din următoarele date:
B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) = B 2 O 3 (s) + 3H 2 O (g), H 1 0 = -2035,6 kJ / mol,
2B (tv) + 3/2 O 2 (g) = B 2 O 3 (tv), H 2 0 = -1273,5 kJ / mol,
H2 (g) + 1/2 O2 (g) = H2O (g), H 30 = -241,8 kJ/mol.
3-7. Calculați căldura de formare a sulfatului de zinc din substanțe simple la T= 298 K pe baza următoarelor date.
Condiții standard
Efectele termice ale reacțiilor depind de condițiile în care acestea apar. Prin urmare, pentru a putea compara valorile obținute ale efectelor termice ale reacțiilor, entalpia de formare a substanțelor, am convenit să le determinăm sau să le reducem la anumite, identice, așa-numitele, conditii standard. Condițiile standard sunt considerate a fi starea a 1 mol dintr-o substanță pură la o presiune de 101 325 Pa (1 atm sau 760 mm Hg) și o temperatură de 25 ° C sau 298 K. Pentru substanțele în soluție, concentrația standard se ia ca concentrație de un mol în litru (C = 1 mol/l). Mai mult, se presupune că soluția se comportă la această concentrație exact în același mod ca la diluția infinită, adică. este perfect. Aceeași presupunere se aplică și substanțelor care se află în stare gazoasă (gazul pare a fi ideal atât la o presiune de 1 atmosferă, cât și la o presiune mult mai mică).
În consecință, modificarea entalpiei sistemului de reacție în timpul trecerii de la o stare la alta în condiții standard va avea și un caracter standard. Prin urmare, se va numi și entalpia de formare a unui mol dintr-o substanță complexă din substanțe simple în condiții standard entalpie standard (căldură ) educaţie.
Modificările standard ale entalpiei de formare sunt notate cu ΔH (^ p. În cele ce urmează, le vom numi simplu entalpiile standard de formare a substanțelor sau entalpiile de reacție (omițând cuvântul schimbarea). De exemplu, entalpia standard de formare a apei în stare lichidă se notează după cum urmează:
Această înregistrare înseamnă că în condiții standard formarea unui mol de apă în stare lichidă din substanțe simple este însoțită de o pierdere de 285,85 kJ în sistemul de reacție. Scrierea ecuației termochimice pentru această reacție arată astfel:
Entalpiile standard de formare pentru majoritatea substanțelor cunoscute sunt determinate empiric sau calculate și rezumate în tabele de referință ale proprietăților termodinamice ale substanțelor.
Valorile standard ale entalpiilor de formare a substanțelor simple (de exemplu, H2 (g), O 2 (g), Cu (cr) și alte substanțe) pentru acele stări de agregare în care aceste substanțe sunt stabile sunt luate la fi zero, adică
Entalpia standard de formare a unui compus este o măsură a stabilității termodinamice, a rezistenței sale și este periodică pentru o clasă, un grup de substanțe de același tip.
Uneori există excepții în alegerea stării standard, de exemplu, când vorbim despre căldura standard de formare a apei vaporoase, ne referim la faptul că se formează vapori de apă, a căror presiune este de 101,3 kPa și temperatura este de 25 °. C. Dar la 25 ° C, vaporii de apă au o presiune de echilibru mult mai mică. Aceasta înseamnă că căldura de formare a apei în starea vaporoasă Дц 2 о (n) este o stare pur condiționată.
Legile termochimice
legea lui Hess
Independența căldurii unei reacții chimice față de calea procesului la R = const and T = const a fost înființată în prima jumătate a secolului al XIX-lea. Omul de știință rus G.I. Hess. Hess a formulat legea care îi poartă acum numele: efectul termic al unei reacții chimice nu depinde de calea cursului acesteia, ci depinde doar de natura și starea fizică a substanțelor și a produselor de reacție inițiale.
Această lege este valabilă pentru acele interacțiuni care au loc în condiții izobar-izoterme (sau izocoric-izoterme), în timp ce singurul tip de lucru efectuat este munca împotriva forțelor de presiune exterioare.
Să ne imaginăm că există un sistem de reacție în care substanțe A și V transforma in produse D și E, conform ecuației termochimice:
Modificarea entalpiei acestei reacţii este AH ^ eacci. Produse de reacție D și E pot fi obținute direct și direct din materiile prime A și V , așa cum se arată schematic în Fig. 2.2, iar pe drumul 1-2, ocolind orice etape intermediare. Efectul termic cu această metodă de transformare (Fig. 2.2, 6) va fi egal cu:
Obțineți aceleași produse D și E este posibil prin efectuarea procesului prin formarea oricăror substanțe intermediare, de exemplu, de-a lungul traseului 1 -3 4-5-2 sau 1-6-7-2 (Fig. 2.2, A). Mai mult, fiecare etapă de educație
substanțele intermediare se vor caracteriza prin efectul lor termic sau modificarea entalpiei: D H 1, DH 2, DH 3, DH 4, DH 5, DH 6 și, respectiv, DH 7, pentru fiecare secțiune a traseului procesului (Fig.2.2, b).
Orez. 2.2. :
A - modalități posibile de desfășurare a procesului; b - scheme de modificare a entalpiilor etapelor intermediare în funcţie de calea de reacţie
Dacă luăm în considerare rezultatul final al modificărilor de energie în proces prin etapele intermediare, atunci se dovedește că este egal cu suma algebrică a modificărilor entalpiilor etapelor intermediare:
Adică, efectul termic al reacției nu depinde de metoda de desfășurare a procesului, ci depinde numai de starea inițială a substanțelor inițiale și de starea finală a produselor de reacție (Fig. 2.2, b).
Pentru o reacție specifică, de exemplu, oxidarea fierului cu oxigen, verificăm validitatea legii lui Hess. Ecuația termochimică a acestui proces:
Să realizăm acest proces în etape. Mai întâi, oxidăm fierul în oxid de fier (P) conform ecuației:
Etapa I :
cu un efect termic de 2 263,7 kJ și apoi oxidează oxidul de fier (I) în a doua etapă la oxid de fier (III) conform ecuației:
II etapă-.
în care se vor elibera 293,9 kJ. Adăugând ecuațiile primei și celei de-a doua etape ale reacțiilor, obținem:
Efectul termic total al acestor etape este, de asemenea, egal cu 821,3 kJ, ca și cum procesul s-ar fi efectuat fără etape intermediare. Adică legea lui Hess este îndeplinită.
Ecuațiile termochimice pot fi adăugate și scăzute ca ecuațiile algebrice obișnuite.
Să luăm în considerare o ilustrare a legii lui Hess folosind încă un exemplu.
Este cunoscut:
Găsiți DH ° pentru următoarele reacții:
Pe baza datelor inițiale, este convenabil să se întocmească o diagramă a căilor posibile pentru formarea C0 2 (Fig. 2.3).
Orez. 2.3.
Conform legii lui Hess
Se poate ajunge la același rezultat, ținând cont de faptul că ecuația de reacție (3) poate fi obținută prin scăderea ecuației (2) din ecuația (1). O operație similară cu efecte termice va da
Pentru a obține ecuația (4), este necesar să scădem din ecuația (1) ecuația (2) înmulțită cu 2. Prin urmare,
Pentru utilizare practică, consecințele legii lui Hess sunt importante. Să luăm în considerare două dintre ele.
Prima consecință a legii lui Hess
Această consecință este asociată cu căldura de formare a compușilor. Prin căldura (entalpia) de formare conexiunea se numește cantitatea de căldură,
eliberat sau absorbit în timpul formării a 1 mol din acest compus din substanțe simple care se află în starea cea mai stabilă în aceste condiții. (Substanțele simple constau din atomi de același tip, de exemplu, N 2, H 2, 0 2, C, S, Fe etc.) În acest caz, reacția se poate dovedi a fi ipotetică, adică. nu prea curge. De exemplu, căldura de formare a carbonatului de calciu este egală cu efectul termic al reacției de formare a 1 mol de carbonat de calciu cristalin din calciu metalic, carbon sub formă de grafit și oxigen gazos:
Călurile (entalpiile) de formare a substanțelor simple stabile (N 2, H 2, 02, Fe etc.) sunt egale cu zero.
Să notăm căldura de formare a substanței ДН ОГ) р
În conformitate cu prima consecință a legii lui Hess, efectul de căldură al oricărei reacții poate fi calculat din tenlots (entalpii) de formare: efectul termic al reacției este egal cu diferența dintre căldurile (entalpiile) de formare a produselor de reacție și substanțele inițiale, ținând cont de coeficienții stoichiometrici.
(2.11)
Există indice aici j și і se referă la produsele de reacție și, respectiv, la materii prime; v - coeficienți stoichiometrici.
Diagrama din Fig. 2.4 ilustrează dovada acestui corolar. Ecuația (2.11) rezultă din regula adunării vectoriale.
Orez. 2.4.
După cum se precizează în clauza 2.4, căldurile de formare se referă de obicei la condiții standard și sunt numite căldură standard (entalpie) de formare a unui compus și notează AHob p. Valorile AHob p ale celor mai obișnuiți compuși sunt date în tabelele termodinamice de referință. Cu ajutorul lor, se calculează efectele termice standard ale reacțiilor chimice AH 0:
Al doilea corolar din legea lui Hess
Rețineți că în toate exemplele de mai sus, au fost utilizate entalpiile standard (călzirile) de formare a substanțelor individuale. Dar pentru unii compuși, nu este posibil să-i determinăm direct experimental, dacă procedăm doar de la substanțe simple. În astfel de cazuri, legea lui G.I. Hess este utilizată pentru a calcula entalpiile standard (călzirile) de formare din cele cunoscute. entalpii (calduri) de ardere aceste substanțe, deoarece în majoritatea acestor cazuri este posibilă efectuarea reacției de ardere completă a substanțelor simple și complexe.
Mai mult, sub caldura de ardere a intelege efectul termic al arderii a 1 mol dintr-o substanță complexă (sau 1 mol de atomi ai unei substanțe simple) la formarea de oxizi stabili.
Căluri standard de ardere referitor la 25 ° C (298 K) și presiune
- 101,3 kPa. Căldura de ardere a oxigenului și a produselor de ardere în starea lor staționară în condiții standard (25 ° C,
- 101,3 kPa), adică luați în considerare conținutul de energie al oxigenului gazos, azotului, dioxidului de carbon, dioxidului de sulf, apei lichide și altor substanțe necombustibile, în mod condiționat egal cu zero.
Semnificația practică a cunoașterii căldurilor de ardere a substanțelor este că, pe baza valorilor acestora, se pot calcula efectele termice ale reacțiilor chimice, așa cum se face atunci când se utilizează entalpiile (călurile) de formare a substanțelor. La urma urmei, efectul termic al reacției nu depinde de metoda de implementare a acesteia, etapele intermediare, ci este determinat doar de starea inițială și finală a substanțelor inițiale și a produselor de reacție conform legii lui Hess. Căldura de ardere are o importanță practică deosebită pentru determinarea efectelor termice ale reacțiilor care implică compuși organici. De exemplu, căldura de formare a metanului din substanțe simple
nu poate fi măsurat direct. Pentru a determina căldura de formare a materiei organice se arde și, pe baza căldurii de ardere a materiei organice complexe și a căldurii de ardere a substanțelor simple, se găsește căldura de formare a acesteia. Relația dintre căldura de formare a metanului și căldura de ardere a produselor de reacție poate fi văzută în diagramă (Fig. 2.5).
Conform legii lui Hess, efectele de căldură ale primei și celei de-a doua căi ar trebui să fie egale
Căldura de ardere a unei substanțe simple, cum ar fi grafitul și hidrogenul, la un oxid stabil, de ex. înainte de formarea dioxidului de carbon sau a apei, este identică cu căldura de formare a dioxidului de carbon sau a apei:
Orez. 2.5.
Ținând cont de acest lucru, obținem:
Înlocuind valorile numerice ale căldurilor de formare corespunzătoare în ecuație, obținem:
Unele cărți de referință termodinamică oferă tabele cu căldurile izobare de ardere - A // J rop a multor substanțe organice care pot fi utilizate în calcule. Cu toate acestea, dacă în reacție sunt implicate substanțe incombustibile, atunci efectul termic poate fi determinat numai prin căldura de formare. De exemplu:
în condiții standard, efectul termic este egal cu:
acestea. această reacție este exotermă Q = +168,07 kJ/mol.
Legea lui Hess și consecințele ei servesc ca bază pentru toate calculele termochimice, în timp ce este necesar ca toate căldurile de ardere sau de formare să se refere la aceleași condiții - izobare sau izocorice. Tabelele termodinamice dau valorile UN formarea sau arderea în condiții standard (/? = 101,3 kPa și T = 298 K), adică pentru proces izobaric-izotermic.
Pentru a merge de la Qp la Qn
este necesar să folosiți ecuația: 
Transformările chimice ale nutrienților din organism, ca orice reacție chimică din afara corpului, respectă legile termochimiei. În consecință, legea lui Hess oferă motive pentru a folosi căldura de ardere a substanțelor alimentare pentru a reprezenta energia oxidării lor în organism. Deși nutrienții introduși în organism parcurg o cale complexă înainte de transformarea lor finală și participă la un număr mare de reacții, efectul energetic total al tuturor acestor reacții, conform legii lui Hess, este egal cu efectul termic al arderii directe a substanțele introduse.
De exemplu, atunci când un mol de glucoză este ars (la dioxid de carbon și apă), într-o bombă calorimetrică se eliberează 2816 kJ, ceea ce înseamnă că, odată cu oxidarea completă și în corpul unui mol de glucoză, se eliberează o cantitate de energie echivalentă. până la 2816 kJ. Căile de oxidare a glucozei într-o bombă calorimetrică și în organism sunt diferite, dar efectul energetic este același în ambele cazuri, deoarece stările inițiale și finale ale substanțelor care participă la reacție sunt aceleași.
Calcule termochimice
Calculele termochimice asociate cu determinarea efectelor termice ale reacțiilor, căldura de formare a compușilor, fac posibilă într-o oarecare măsură să prezică direcția probabilă a procesului și caracterizează aproximativ puterea compusului. Toate calculele se bazează pe două legi ale termochimiei și pe conceptele și definițiile sale de bază.
Să luăm în considerare câteva exemple specifice de calcule termochimice.
Exemplul 2.1... Aflați efectul termic standard A // 0 al reacției de obținere a Al2 (SO4) 3 cristalin la 298 K din A1 2 0 3 cristalin și S0 3 gazos:
Entalpiile standard de formare ale substanțelor care participă la această reacție la 298 K sunt:
Apoi, folosind ecuația (2.12), găsim
Soluţie. Să scriem ecuația termochimică a arderii metanului
Din manualul proprietăților termodinamice ale substanțelor, notăm valorile standard ale entalpiilor de formare (căldura de formare) a substanțelor inițiale și a produselor de reacție:
Deoarece dioxidul de carbon (1 mol) și apa (2 mol) se formează în stare lichidă în timpul arderii metanului, vom compune ecuațiile termochimice pentru formarea acestor substanțe din substanțe simple:
A, deoarece metanul CH 4 (g) se descompune în timpul arderii, transformându-se în apă lichidă și dioxid de carbon, scriem ecuația termochimică pentru descompunerea metanului în substanțe simple:
Adăugând aceste ultime trei ecuații, obținem ecuația termochimică a reacției de ardere a metanului:
Astfel, efectul termic al acestei reacții în condiții standard este Q °„ = 890,94 kJ / mol sau modificarea entalpiei reacției este DH ° ktsnn = = -890,94 kJ / mol.
Dacă te uiți cu atenție la modul în care a fost obținută această valoare numerică, se dovedește că suma căldurilor de formare ale substanțelor inițiale a fost scăzută din suma căldurilor de formare a produselor de reacție. aceasta consecinţă din legea lui Hess, care poate fi scrisă după cum urmează:
Sau în legătură cu conceptul de modificare a entalpiei unei reacții:
În ceea ce privește problema noastră, efectul de căldură al reacției poate fi calculat fără a compila ecuațiile pentru formarea și descompunerea substanțelor:
Sau, înlocuind datele numerice, obținem:
Un calcul similar poate fi efectuat folosind nu căldura de formare, ci entalpia:
Exemplul 2.3. Calculați efectul termic al reacției:
Entalpiile de ardere sunt:
pentru acetilenă (g) DH a = -1298,3 kJ/mol; pentru benzen (w) AN „= -3264,2 kJ/mol.
Prin ecuația (2.13), găsim
Cunoscând căldura de ardere, este ușor de determinat căldura de formare și invers. Dacă, de exemplu, căldura de ardere a metanolului este de -729 kJ / mol, atunci folosind valorile căldurilor de formare a C0 2 și H 2 0, pot fi întocmite următoarele ecuații termochimice:
)
Înmulțirea ecuației (v) prin 2, adunând cu ecuația (b) și scăzând ecuația (a), obținem, după transformări, reacția de formare a alcoolului metilic.
După ce am efectuat transformări similare cu efectele termice ale reacțiilor, obținem efectul termic al formării alcoolului metilic. UN
Legea lui Hess este valabilă și pentru procesele biochimice complexe. Astfel, cantitatea de căldură obținută în timpul oxidării carbohidraților și grăsimilor într-un organism viu, unde aceste procese se desfășoară în mai multe etape, și cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii acestor substanțe în oxigen, s-a dovedit a fi egală. Acesta nu este cazul proteinelor, deoarece produsul final al oxidării proteinelor în organism este carbamida, în timp ce în oxigen, oxidarea proteinelor este completă.
Să vorbim despre ce este căldura de formare și, de asemenea, să definim acele condiții care se numesc standard. Pentru a înțelege această problemă, să aflăm diferențele dintre substanțele simple și cele complexe. Pentru a consolida conceptul de „căldură de formare”, luați în considerare ecuații chimice specifice.
Entalpia standard de formare a substanțelor
În reacția de interacțiune a carbonului cu hidrogenul gazos, se eliberează 76 kJ de energie. În acest caz, această cifră este efectul termic, dar este și căldura de formare a unei molecule de metan din substanțe simple. "De ce?" - tu intrebi. Acest lucru se datorează faptului că componentele inițiale au fost carbon și hidrogen. 76 kJ/mol va fi ceea ce chimiștii numesc „căldura de formare”.
Tabelele de date
În termochimie, există numeroase tabele în care sunt indicate căldurile de formare a diferitelor substanțe simple. De exemplu, căldura de formare a unei substanțe, a cărei formulă este CO 2, în stare gazoasă are un indice de 393,5 kJ / mol.
Valoare practică
De ce sunt necesare aceste cantități? Căldura de formare este o valoare care este utilizată pentru a calcula efectul de căldură al oricărui proces chimic. Pentru a efectua astfel de calcule va fi necesară aplicarea legii termochimiei.
Termochimie
Este legea de bază care explică procesele energetice observate în cursul unei reacții chimice. În timpul interacțiunii se observă transformări calitative în sistemul de reacție. Unele substanțe dispar, în locul lor apar noi componente. Un astfel de proces este însoțit de o schimbare a sistemului energetic intern, care se manifestă sub formă de muncă sau căldură. Munca care este asociată cu expansiunea este minimă pentru transformările chimice. Căldura generată de transformarea unei componente într-o altă substanță poate fi mare.
Dacă luăm în considerare diferitele transformări, se observă că aproape toate absorb sau eliberează o anumită cantitate de căldură. Pentru a explica fenomenele care au loc, a fost creată o secțiune specială - termochimie.
legea lui Hess
Datorită acesteia, a devenit posibil să se calculeze efectul termic în funcție de condițiile reacției chimice. Calculele se bazează pe legea de bază a termochimiei, și anume legea lui Hess. Să dăm formularea sa: efectul termic al transformării chimice este asociat cu natura, starea inițială și finală a substanței, nu este asociat cu modul de interacțiune.
Ce rezultă din această formulare? În cazul obținerii unui anumit produs, nu este necesar să folosiți o singură variantă a interacțiunii, puteți efectua reacția într-o varietate de moduri. În orice caz, indiferent de modul în care obțineți substanța pe care o căutați, efectul termic al procesului va rămâne neschimbat. Pentru a-l determina, este necesar să se sintetizeze efectele termice ale tuturor transformărilor intermediare. Datorită legii lui Hess, a devenit posibil să se efectueze calcule ale indicatorilor numerici ai efectelor termice, ceea ce este imposibil de realizat într-un calorimetru. De exemplu, cantitativ căldura de formare a unei substanțe de monoxid de carbon este calculată conform legii lui Hess, dar nu o veți putea determina prin experimente obișnuite. De aceea sunt atât de importante tabelele termochimice speciale, în care sunt introduse valori numerice pentru diferite substanțe, determinate în condiții standard.
Puncte importante în calcule
Având în vedere că căldura de formare este efectul termic al reacției, substanța în cauză are o importanță deosebită. De exemplu, atunci când se efectuează măsurători, se obișnuiește să se ia în considerare starea standard a grafitului de carbon și nu a diamantului. De asemenea, ele iau în considerare presiunea și temperatura, adică condițiile în care componentele de reacție au fost amplasate inițial. Aceste cantități fizice pot avea un efect semnificativ asupra interacțiunii, cresc sau scad cantitatea de energie. Pentru a efectua calcule de bază, se obișnuiește în termochimie să se utilizeze indicatori specifici de presiune și temperatură.
Condiții standard
Deoarece căldura de formare a unei substanțe este o determinare a mărimii efectului energetic în condiții standard, le vom separa separat. Temperatura pentru calcule este selectată la 298 K (25 grade Celsius), presiune - 1 atmosferă. În plus, un punct important căruia trebuie să se acorde atenție este faptul că căldura de formare pentru orice substanță simplă este zero. Acest lucru este logic, deoarece nu se formează singuri, adică nu există nicio cheltuială de energie pentru apariția lor.
Elemente de termochimie
Această secțiune a chimiei moderne este de o importanță deosebită, deoarece aici se efectuează calcule importante, se obțin rezultate specifice care sunt utilizate în ingineria energiei termice. Există multe concepte și termeni în termochimie care sunt importanți de utilizat pentru a obține rezultatele dorite. Entalpia (ΔН) indică faptul că interacțiunea chimică a avut loc într-un sistem închis, nu a existat nicio influență asupra reacției de la alți reactivi, iar presiunea a fost constantă. Această rafinare ne permite să vorbim despre acuratețea calculelor.
În funcție de tipul de reacție luat în considerare, amploarea și semnul efectului termic rezultat pot diferi semnificativ. Deci, pentru toate transformările care implică descompunerea unei substanțe complexe în mai multe componente mai simple, se presupune absorbția de căldură. Reacțiile de combinare a multor materii prime într-un singur produs mai complex sunt însoțite de eliberarea unei cantități semnificative de energie.
Concluzie
La rezolvarea oricărei probleme termochimice se folosește același algoritm de acțiuni. În primul rând, conform tabelului, se determină valoarea căldurii de formare pentru fiecare componentă inițială, precum și pentru produsele de reacție, fără a uita de starea de agregare. Mai mult, înarmați cu legea lui Hess, ei compun o ecuație pentru a determina valoarea dorită.
O atenție deosebită trebuie acordată luării în considerare a coeficienților stereochimici care sunt prezenți în fața substanțelor inițiale sau finale într-o anumită ecuație. Dacă în reacție există substanțe simple, atunci căldurile lor standard de formare sunt egale cu zero, adică astfel de componente nu afectează rezultatul obținut în calcule. Să încercăm să folosim informațiile primite cu privire la o anumită reacție. Dacă luăm ca exemplu procesul de formare a metalului pur din oxid de fier (Fe 3+) prin interacțiunea cu grafitul, atunci în cartea de referință puteți găsi valorile căldurii standard de formare. Pentru oxidul de fier (Fe 3+) va fi -822,1 kJ/mol, pentru grafit (o substanță simplă) este zero. În urma reacției, se formează (CO), pentru care acest indicator are o valoare de 110,5 kJ / mol, iar pentru fierul eliberat, căldura de formare corespunde cu zero. Înregistrarea căldurii standard de formare a unei interacțiuni chimice date este caracterizată după cum urmează:
ΔH aproximativ 298 = 3 × (-110,5) - (-822,1) = -331,5 + 822,1 = 490,6 kJ.
Analizând rezultatul numeric obținut conform legii lui Hess, se poate ajunge la concluzia logică că acest proces este o transformare endotermă, adică implică cheltuiala de energie pentru reducerea fierului din oxidul său trivalent.
Pentru a putea compara efectele termice ale diferitelor reacții și a efectua calcule termochimice, a fost introdus conceptul de efect de căldură în condiții standard. În prezent sunt acceptate următoarele state standard:
Pentru substanțele individuale cristaline și lichide - starea reală (modificarea cea mai stabilă) la o temperatură și presiune date de 1 bar.
Pentru gaze individuale - o stare ipotetică care apare în timpul expansiunii izoterme a unui gaz la o presiune infinit scăzută, urmată de compresie pentru 1 bar, dar deja conform izotermei unui gaz ideal Fig. 3
1 - gaz real
2 - gaz ideal
Efectul de căldură în condiții standard este calculat din căldurile standard de formare și ardere. Căldura standard de formare se numește efectul termic al reacției de formare a 1 mol dintr-o substanță dată din substanțe (sau elemente) simple la o presiune de 1,013 * 10 5 Pa și cu condiția ca toți participanții la reacție să fie în stări stabile de agregare.
Pentru comoditate în compararea căldurilor standard de formare, acestea se referă la o temperatură de bază de 298 K. Starea standard a unui lichid pur sau a unei substanțe cristaline (solide) este considerată a fi starea sa fizică cea mai stabilă la o anumită temperatură și atmosferă normală. presiune. Ca stare standard pentru un gaz, se ia o stare ipotetică, în care gazul la p = 1,013 * 10 5 Pa respectă legile gazelor ideale, iar entalpia sa este egală cu entalpia unui gaz real. Căldura standard de formare a substanțelor (elementelor) simple în stare stabilă de agregare sunt luate ca zero. Căldura de formare se referă la 1 mol dintr-o substanță, indicând starea acesteia de agregare.
Puterea calorică standard numiți căldura degajată în timpul arderii într-o atmosferă de oxigen de 1 mol dintr-o substanță la o presiune standard de 1,013 * 10 5 Pa la cei mai simpli oxizi. În acest caz, toți participanții la reacție trebuie să fie în stări stabile de agregare. Ca și căldurile standard de formare, căldurile standard de ardere se referă la o temperatură de bază de 298 K. Produșii de ardere în aceste condiții sunt CO 2 (g), H 2 O (l), SO 2 (g), N 2 etc. arderea celor mai simpli oxizi în regim de echilibru este considerată zero.
Capacitate termica
Capacitate de căldură adevărată corpul (C) se numește raportul dintre cantitatea infinitezimală de căldură δQ primită de corp și creșterea corespunzătoare a temperaturii: C = δQ / dT. Se numește capacitatea termică a unui corp cu o masă egală cu unu specific. Capacitatea de căldură molară este mai convenabilă de utilizat. Capacitate de căldură molară C M este cantitatea de căldură obținută de 1 mol dintr-o substanță cu o creștere a temperaturii acesteia cu unul.
Uneori folosit capacitate termică medie... Capacitatea termică medie molară (C) în intervalul de temperatură de la T 1 la T 2 se numește capacitate termică, care este egală cu raportul dintre cantitatea de căldură (Q) obținută de 1 mol de substanță și creșterea temperaturii ( ∆T). În acest interval de temperatură, C = Q / ∆Т este constant.
Valorile molare ale capacității termice sunt exprimate în J / (mol K), iar valorile specifice în J / (g K). Capacitatea de căldură adevărată depinde de natura substanței, de temperatură și de condițiile în care căldura este transferată în sistem. Dacă sistemul este închis într-un volum constant, atunci cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura cu unu va fi exprimată prin egalitate:
unde C V este capacitatea termică izocoră.
Dacă sistemul se contractă sau se extinde, iar presiunea rămâne constantă, atunci
unde C P este capacitatea termică izobară.
Capacitățile de căldură la volum constant și presiune constantă diferă în funcție de cantitatea de muncă necesară pentru a modifica volumul sistemului. Deoarece expansiunea izobară a 1 mol de gaz ideal se realizează în procesul р = сnst, este necesară mai multă căldură pentru a crește temperatura sistemului pe unitate, prin urmare, С P> С V:
С P = С V + R - ecuația lui Mayer,
unde R este constanta universală a gazului. În lichide și solide, datorită unei mici modificări de volum în timpul încălzirii, С P ≈ С V.
Se încarcă ...