Berechnen Sie online den thermischen Effekt einer Reaktion. Berechnung standardmäßiger thermischer Effekte chemischer Reaktionen unter Verwendung standardmäßiger Bildungswärmen der an der Reaktion beteiligten Stoffe

Die Reaktionswärme (der thermische Effekt einer Reaktion) ist die Menge an Wärme Q, die während einer Reaktion freigesetzt oder absorbiert wird, wird die Reaktion als exotherm bezeichnet; wenn Wärme absorbiert wird, wird die Reaktion als endotherm bezeichnet.

Die Reaktionswärme wird nach dem ersten Hauptsatz (Hauptsatz) der Thermodynamik bestimmt, mathematischer Ausdruck davon in seiner einfachsten Form für chemische Reaktionen ist die Gleichung:

Q = ΔU + ðΔV (2.1)

Dabei ist Q die Reaktionswärme, ΔU die Änderung der inneren Energie, p der Druck und ΔV die Volumenänderung.

Die thermochemische Berechnung besteht in der Bestimmung thermischer Effekt Reaktionen. Gemäß Gleichung (2.1) hängt der Zahlenwert der Reaktionswärme von der Art ihrer Umsetzung ab. In einem isochoren Prozess, der bei V=const durchgeführt wird, beträgt die Reaktionswärme Q V =Δ U, in einem isobaren Prozess bei p=const thermischer Effekt Q P =Δ H. Somit ist die thermochemische Berechnung V Bestimmen des Ausmaßes der Änderung der inneren Energie oder Enthalpie während einer Reaktion. Da die überwiegende Mehrheit der Reaktionen unter isobaren Bedingungen abläuft (beispielsweise sind dies alle Reaktionen in offenen Gefäßen, die bei auftreten). Luftdruck) wird bei thermochemischen Berechnungen fast immer die Berechnung von ΔH durchgeführt . WennΔ N<0, то реакция экзотермическая, если же Δ H>0, dann ist die Reaktion endotherm.

Thermochemische Berechnungen werden entweder nach dem Hessschen Gesetz durchgeführt, nach dem die thermische Wirkung eines Prozesses nicht von seinem Verlauf abhängt, sondern nur durch die Art und den Zustand der Ausgangsstoffe und Produkte des Prozesses bestimmt wird, oder, am häufigsten, a Folgerung aus dem Hessschen Gesetz: der thermische Effekt der Reaktion gleich der Summe Wärmen (Enthalpien) der Produktbildung abzüglich der Summe der Wärmen (Enthalpien) der Bildung von Reaktanten.

Bei Berechnungen nach dem Hessschen Gesetz werden Gleichungen von Hilfsreaktionen verwendet, deren thermische Auswirkungen bekannt sind. Das Wesen der Operationen in Berechnungen nach dem Hessschen Gesetz besteht darin, dass algebraische Operationen an den Gleichungen von Hilfsreaktionen durchgeführt werden, die zu einer Reaktionsgleichung mit unbekanntem thermischen Effekt führen.

Beispiel 2.1. Bestimmung der Reaktionswärme: 2СО + O 2 = 2СО 2 ΔН - ?

Wir verwenden die folgenden Reaktionen als Hilfsreaktionen: 1) C + O 2 = C0 2;Δ H 1 = -393,51 kJ und 2) 2C + O 2 = 2CO;Δ H 2 = -220,1 kJ, wobeiΔ N / AΔ H 2 - thermische Effekte von Hilfsreaktionen. Unter Verwendung der Gleichungen dieser Reaktionen ist es möglich, die Gleichung einer gegebenen Reaktion zu erhalten, wenn man die Hilfsgleichung 1) mit zwei multipliziert und Gleichung 2) vom erhaltenen Ergebnis subtrahiert. Daher ist die unbekannte Wärme einer gegebenen Reaktion gleich:

Δ H = 2Δ H 1 -Δ H 2 = 2(-393,51) - (-220,1) = -566,92 kJ.

Wenn drin thermochemische Berechnung eine Folgerung aus dem Hessschen Gesetz verwendet wird, dann verwenden Sie für die durch die Gleichung aA+bB=cC+dD ausgedrückte Reaktion die Beziehung:

ΔH = (cΔNobr,s + dΔHobr D) - (aΔNobr A + bΔH rev,c) (2.2)

wobei ΔН die Reaktionswärme ist; ΔН o br - Bildungswärme (Enthalpie) der Reaktionsprodukte C und D bzw. der Reagenzien A und B; c, d, a, b – stöchiometrische Koeffizienten.

Die Bildungswärme (Enthalpie) einer Verbindung ist der thermische Effekt der Reaktion, bei der 1 Mol dieser Verbindung aus einfachen Substanzen gebildet wird, die sich in thermodynamisch stabilen Phasen und Modifikationen 1 * befinden. Zum Beispiel , Die Bildungswärme von Wasser im Dampfzustand ist gleich der Hälfte der Reaktionswärme, ausgedrückt durch die Gleichung: 2H 2 (g)+ O 2 (g)= 2H 2 O(g).Die Dimension der Bildungswärme beträgt kJ/mol.

Bei thermochemischen Berechnungen werden die Reaktionswärmen üblicherweise für Standardbedingungen bestimmt, für die Formel (2.2) die Form annimmt:

ΔН°298 = (сΔН° 298, arr. C + dΔH° 298, o 6 p , D) - (àΔН° 298, arr. A + bΔН° 298, arr. c)(2.3)

Dabei ist ΔН° 298 die Standardreaktionswärme in kJ (der Standardwert wird durch die hochgestellte „0“ angezeigt) bei einer Temperatur von 298 K und ΔН° 298,obR sind die Standardbildungswärmen (Enthalpien) ebenfalls bei einer Temperatur von 298K. ΔН°-Werte 298 .obR.werden für alle Verbindungen definiert und sind tabellarische Daten. 2 * - siehe Anhangtabelle.

Beispiel 2.2. Berechnung der Normwärme p e Anteile ausgedrückt durch die Gleichung:

4NH 3 (r) + 5O 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2 O (g).

Gemäß der Folgerung des Hessschen Gesetzes schreiben wir 3*:

Δ N 0 298 = (4Δ N 0 298. o b p . Nein+6ΔH 0 298. dr.H20) - 4ΔH 0 298 arr. NH z. Wenn wir die tabellarischen Werte der Standardbildungswärmen der in der Gleichung dargestellten Verbindungen einsetzen, erhalten wir:Δ N °298= (4(90,37) + 6(-241,84)) - 4(-46,19) = - 904,8 kJ.

Ein negatives Vorzeichen für die Reaktionswärme weist darauf hin, dass der Prozess exotherm ist.

In der Thermochemie werden thermische Effekte üblicherweise in Reaktionsgleichungen angegeben. Solch Gleichungen mit einem bestimmten thermischen Effekt werden thermochemisch genannt. Zum Beispiel, Die thermochemische Gleichung der in Beispiel 2.2 betrachteten Reaktion lautet:

4NH 3 (g) + 50 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2 0 (g);Δ Н° 29 8 = - 904,8 kJ.

Wenn die Bedingungen von den Standardbedingungen abweichen, ist dies in praktischen thermochemischen Berechnungen zulässig Xia mit Zoom:Δ N ≈Δ Н° 298 (2,4) Ausdruck (2.4) spiegelt die schwache Abhängigkeit der Reaktionswärme von den Bedingungen ihres Auftretens wider.

Aufgabe Nr.6

Berechnen Sie die durchschnittliche Wärmekapazität des in der Tabelle angegebenen Stoffes. 6, im Temperaturbereich von 298 bis T ZU.

Tabelle 6

Lösung:

Betrachten wir die Berechnung der durchschnittlichen Wärmekapazität von Ammoniak im Temperaturbereich von 298 bis 800 ZU.

Wärmekapazität ist das Verhältnis der von einem Körper beim Erhitzen aufgenommenen Wärmemenge zum Temperaturanstieg, der mit der Erhitzung einhergeht. Für eine einzelne Substanz gibt es Spezifisch(ein Kilogramm) und Backenzahn(ein Mol) Wärmekapazität.

Echte Wärmekapazität

, (21)

Wo δ Q – eine verschwindend kleine Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Körpertemperatur um einen verschwindend geringen Betrag zu erhöhen dT .

Durchschnittliche Wärmekapazität ist das Verhältnis der Wärmemenge Q zu einem Temperaturanstieg ∆ T = T 2 – T 1 ,

.

Da Wärme keine Funktion des Zustands ist und vom Prozesspfad abhängt, ist es notwendig, die Bedingungen für den Erwärmungsprozess anzugeben. Bei isochoren und isobaren Prozessen für eine infinitesimale Änderung δ Q V = du Und δ Q P = dH, Deshalb

Und
. (22)

Verbindung zwischen echt isochor(MIT V) Und isobar (C P) Wärmekapazitäten Substanzen und ihre Durchschnitt isochor
und isobar
Wärmekapazitäten im Temperaturbereich von T 1 Vor T 2 ausgedrückt durch die Gleichungen (23) und (24):

; (23)

. (24)

Die Abhängigkeit der wahren Wärmekapazität von der Temperatur wird durch die folgenden empirischen Gleichungen ausgedrückt:

; (für nicht organische Substanz) (25)

. (für organische Stoffe) (26)

Verwenden wir ein Verzeichnis physikalischer und chemischer Größen. Schreiben wir die Koeffizienten (a, b, c) der Gleichung für die Abhängigkeit der isobaren Wärmekapazität von Ammoniak von der Temperatur auf:

Tabelle 7

Schreiben wir die Gleichung für die Abhängigkeit der wahren Wärmekapazität von Ammoniak von der Temperatur:

.

Setzen wir diese Gleichung in Formel (24) ein und berechnen wir die durchschnittliche Wärmekapazität von Ammoniak:

= 1/(800-298)
=

0,002 = 43,5 J/mol K.

Problem Nr. 7

Für die in der Tabelle angegebene chemische Reaktion. 2, Zeichnen Sie die Abhängigkeiten der Summe der Wärmekapazitäten der Reaktionsprodukte von der Temperatur auf
und die Summe der Wärmekapazitäten der Ausgangsstoffe in Abhängigkeit von der Temperatur
. Abhängigkeitsgleichungen
Nehmen Sie es aus dem Nachschlagewerk. Berechnen Sie die Änderung der Wärmekapazität während einer chemischen Reaktion (
) bei Temperaturen 298 K, 400 K und T K (Tabelle 6).

Lösung:

Berechnen wir die Änderung der Wärmekapazität bei Temperaturen von 298 K, 400 K und 600 K am Beispiel der Ammoniaksynthesereaktion:

Schreiben wir die Koeffizienten (a, b, c, c /) 1 der Gleichungen für die Abhängigkeit der wahren Wärmekapazität von Ammoniak von der Temperatur für die Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte unter Berücksichtigung der stöchiometrischen Koeffizienten auf . Berechnen wir die Summe der Koeffizienten. Zum Beispiel die Summe der Koeffizienten A für Ausgangsstoffe ist gleich

= 27,88 + 3·27,28 = 109,72.

Summe der Quoten A für Reaktionsprodukte ist gleich

= 2·29,8 = 59,6.

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

Tabelle 8

Somit ist die Abhängigkeitsgleichung

für die Reaktionsprodukte hat die folgende Form:

= 59,60 + 50,96·10 –3 T – 3,34·10 5 /T 2.

Darstellung der Abhängigkeit der Summe der Wärmekapazität der Reaktionsprodukte von der Temperatur
Berechnen wir die Summe der Wärmekapazitäten bei mehreren Temperaturen:

Bei T = 298 K

= 59,60 + 50,96 10 –3 298 – 3,34 10 5 /298 2 = 71,03 J/K;

Bei T = 400 K
= 77,89 J/K;

Bei T = 600 K
= 89,25 J/K.

Abhängigkeitsgleichung
für Ausgangsstoffe hat die Form:

= 109,72 + 14,05·10 –3 T + 1,50·10 -5 /T 2 .

Wir rechnen ähnlich
Ausgangsstoffe bei mehreren Temperaturen:

Bei T=298 K

=109,72 + 14,05 10 –3 298 + 1,50 10 5 /298 2 =115,60 J/K;

Bei T = 400 K
= 116,28 J/K;

Bei T = 600 K
= 118,57 J/K.

Als nächstes berechnen wir die Änderung der isobaren Wärmekapazität
während einer Reaktion bei mehreren Temperaturen:

= –50,12 + 36,91 10 –3 T – 4,84 10 5 /T 2,

= –44,57 J/K;

= –38,39 J/K;

= –29,32 J/K.

Aus den berechneten Werten erstellen wir Diagramme der Abhängigkeiten der Summe der Wärmekapazitäten der Reaktionsprodukte und der Summe der Wärmekapazitäten der Ausgangsstoffe von der Temperatur.

Abbildung 2. Abhängigkeiten der Gesamtwärmekapazitäten der Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte von der Temperatur für die Ammoniaksynthesereaktion

In diesem Temperaturbereich ist die Gesamtwärmekapazität der Ausgangsstoffe höher als die Gesamtwärmekapazität der Produkte, daher
über den gesamten Temperaturbereich von 298 K bis 600 K.

Problem Nr. 8

Berechnen Sie den thermischen Effekt der in der Tabelle angegebenen Reaktion. 2, bei Temperatur T K (Tabelle 6).

Lösung:

Berechnen wir den thermischen Effekt der Ammoniaksynthesereaktion bei einer Temperatur von 800 ZU.

Abhängigkeit des thermischen Effekts
beschreibt Reaktionen aus der Temperatur Kirchhoffs Gesetz

, (27)

Wo
- Änderung der Wärmekapazität des Systems während der Reaktion. Lassen Sie uns die Gleichung analysieren:

1) Wenn
> 0, d. h. die Summe der Wärmekapazitäten der Reaktionsprodukte ist größer als die Summe der Wärmekapazitäten der Ausgangsstoffe > 0,. Sucht
zunehmend, und mit steigender Temperatur nimmt der thermische Effekt zu.

2) Wenn
< 0, то< 0, т.е. зависимость убывающая, и с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

3) Wenn
= 0 also = 0, der thermische Effekt ist nicht temperaturabhängig.

In Integralform hat die Kirchhoff-Gleichung die folgende Form:

. (28)

a) wenn sich die Wärmekapazität während des Prozesses nicht ändert, d.h. die Summe der Wärmekapazitäten der Reaktionsprodukte ist gleich der Summe der Wärmekapazitäten der Ausgangsstoffe (
), dann ist der thermische Effekt nicht von der Temperatur abhängig

= konst.

b) für ungefähre Berechnung wir können die Abhängigkeit der Wärmekapazitäten von der Temperatur vernachlässigen und die Werte der durchschnittlichen Wärmekapazitäten der Reaktionsteilnehmer verwenden (
). In diesem Fall erfolgt die Berechnung nach der Formel

c) für genaue Berechnung Es werden Daten zur Abhängigkeit der Wärmekapazität aller Reaktionsteilnehmer von der Temperatur benötigt
. In diesem Fall wird der thermische Effekt anhand der Formel berechnet

(30)

Wir notieren die Referenzdaten (Tabelle 9) und berechnen Änderungen der entsprechenden Werte für jede Spalte analog zu Aufgabe Nr. 7). Wir verwenden die erhaltenen Daten, um Folgendes zu berechnen:

Etwa:

= –91880 + (–31,88)(800 – 298) = –107883,8 J = – 107,88 kJ.

= –91880 + (–50,12)(800 – 298) + 1/2·36,91·10 -3 (800 2 – 298 2) +

– (–4,84·10 5)(1/800 – 1/298) = – 107815 J = – 107,82 kJ.

Bei der Ammoniaksynthesereaktion die Änderung der Wärmekapazität während der Reaktion
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

Tabelle 9

Übung 81.
Berechnen Sie die Wärmemenge, die bei der Reduktion von Fe freigesetzt wird 2 O 3 metallisches Aluminium, wenn 335,1 g Eisen gewonnen wurden. Antwort: 2543,1 kJ.
Lösung:
Reaktionsgleichung:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 kJ

Die Berechnung der Wärmemenge, die bei der Aufnahme von 335,1 g Eisen freigesetzt wird, erfolgt aus dem Verhältnis:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,

wobei 55,85 Atommasse Drüse.

Antwort: 2543,1 kJ.

Thermische Wirkung der Reaktion

Aufgabe 82.
Gasförmig Ethanol C2H5OH kann durch die Wechselwirkung von Ethylen C 2 H 4 (g) und Wasserdampf erhalten werden. Schreiben Sie die thermochemische Gleichung für diese Reaktion, nachdem Sie zuvor ihren thermischen Effekt berechnet haben. Antwort: -45,76 kJ.
Lösung:
Die Reaktionsgleichung lautet:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C2H 5 OH (g); = ?

Die Werte der Standardbildungswärmen von Stoffen sind in speziellen Tabellen angegeben. Bedenkt man, dass die Bildungswärmen einfacher Stoffe üblicherweise als Null angenommen werden. Berechnen wir den thermischen Effekt der Reaktion anhand einer Konsequenz des Hess-Gesetzes. Wir erhalten:

= (C 2 H 5 OH) – [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Reaktionsgleichungen in denen über die Symbole Chemische Komponenten Ihre Aggregatzustände oder kristallinen Modifikationen werden angezeigt, ebenso wie der numerische Wert der thermischen Effekte, die als thermochemisch bezeichnet werden. In thermochemischen Gleichungen liegen, sofern nicht ausdrücklich angegeben, die Werte thermischer Effekte bei konstanter Druck Q p gleich der Enthalpieänderung des Systems. Der Wert wird normalerweise auf der rechten Seite der Gleichung angegeben, getrennt durch ein Komma oder Semikolon. Folgende Kurzbezeichnungen für den Aggregatzustand eines Stoffes werden akzeptiert: G- gasförmig, Und- flüssig, Zu

Wenn durch eine Reaktion Wärme freigesetzt wird, dann< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.

Antwort:- 45,76 kJ.

Aufgabe 83.
Berechnen Sie den thermischen Effekt der Reduktionsreaktion von Eisen(II)-oxid mit Wasserstoff anhand der folgenden thermochemischen Gleichungen:

a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
c) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ.
Antwort: +27,99 kJ.

Lösung:
Die Reaktionsgleichung für die Reduktion von Eisen(II)oxid mit Wasserstoff hat die Form:

EeO (k) + H 2 (g) = Fe (k) + H 2 O (g); = ?

= (H2O) – [ (FeO)

Die Bildungswärme von Wasser ergibt sich aus der Gleichung

H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ,

und die Bildungswärme von Eisen(II)-oxid kann durch Subtrahieren von Gleichung (a) von Gleichung (b) berechnet werden.

=(c) - (b) - (a) = -241,83 – [-283,o – (-13,18)] = +27,99 kJ.

Antwort:+27,99 kJ.

Aufgabe 84.
Bei der Wechselwirkung von gasförmigem Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid entstehen Wasserdampf und Schwefelkohlenstoff CS 2 (g). Schreiben Sie die thermochemische Gleichung für diese Reaktion und berechnen Sie zunächst ihren thermischen Effekt. Antwort: +65,43 kJ.
Lösung:
G- gasförmig, Und- flüssig, Zu-- kristallin. Diese Symbole entfallen, wenn der Aggregatzustand der Stoffe offensichtlich ist, zum Beispiel O 2, H 2 usw.
Die Reaktionsgleichung lautet:

2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = ?

Die Werte der Standardbildungswärmen von Stoffen sind in speziellen Tabellen angegeben. Bedenkt man, dass die Bildungswärmen einfacher Stoffe üblicherweise als Null angenommen werden. Der thermische Effekt einer Reaktion kann mithilfe einer Folgerung des Hessschen Gesetzes berechnet werden:

= (H 2 O) + (СS 2) – [(H 2 S) + (СO 2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = +65,43 kJ.

Antwort:+65,43 kJ.

Thermochemische Reaktionsgleichung

Aufgabe 85.
Schreiben Sie die thermochemische Gleichung für die Reaktion zwischen CO (g) und Wasserstoff, bei der CH 4 (g) und H 2 O (g) entstehen. Wie viel Wärme wird bei dieser Reaktion freigesetzt, wenn 67,2 Liter Methan gewonnen würden? normale Bedingungen? Antwort: 618,48 kJ.
Lösung:
Reaktionsgleichungen, in denen neben den Symbolen chemischer Verbindungen deren Aggregatzustand oder Kristallmodifikation sowie der Zahlenwert thermischer Effekte angegeben sind, werden als thermochemisch bezeichnet. In thermochemischen Gleichungen werden, sofern nicht ausdrücklich angegeben, die Werte der thermischen Effekte bei konstantem Druck Q p gleich der Enthalpieänderung des Systems angegeben. Der Wert wird normalerweise auf der rechten Seite der Gleichung angegeben, getrennt durch ein Komma oder Semikolon. Folgende Kurzbezeichnungen für den Aggregatzustand eines Stoffes werden akzeptiert: G- gasförmig, Und- etwas, Zu- kristallin. Diese Symbole entfallen, wenn der Aggregatzustand der Stoffe offensichtlich ist, zum Beispiel O 2, H 2 usw.
Die Reaktionsgleichung lautet:

CO (g) + 3H 2 (g) = CH 4 (g) + H 2 O (g); = ?

Die Werte der Standardbildungswärmen von Stoffen sind in speziellen Tabellen angegeben. Bedenkt man, dass die Bildungswärmen einfacher Stoffe üblicherweise als Null angenommen werden. Der thermische Effekt einer Reaktion kann mithilfe einer Folgerung des Hessschen Gesetzes berechnet werden:

= (H 2 O) + (CH 4) – (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) ​​– (-110,52) = -206,16 kJ.

Die thermochemische Gleichung lautet:

22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22?4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.

Antwort: 618,48 kJ.

Bildungswärme

Aufgabe 86.
Der thermische Effekt dieser Reaktion ist gleich der Bildungswärme. Berechnen Sie die Bildungswärme von NO anhand der folgenden thermochemischen Gleichungen:
a) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2 O (l); = -1168,80 kJ;
b) 4NH 3 (g) + 3O 2 (g) = 2N 2 (g) + 6H 2 O (l); = -1530,28 kJ
Antwort: 90,37 kJ.
Lösung:
Die Standardbildungswärme ist gleich der Reaktionswärme der Bildung von 1 Mol dieses Stoffes aus einfachen Stoffen unter Standardbedingungen (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). Die Bildung von NO aus einfachen Stoffen lässt sich wie folgt darstellen:

1/2N 2 + 1/2O 2 = NEIN

Gegeben ist die Reaktion (a), die 4 Mol NO erzeugt, und die gegebene Reaktion (b), die 2 Mol N2 erzeugt. An beiden Reaktionen ist Sauerstoff beteiligt. Um die Standardbildungswärme von NO zu bestimmen, stellen wir daher den folgenden Hess-Zyklus zusammen, d. h. wir müssen Gleichung (a) von Gleichung (b) subtrahieren:

Somit ist 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90,37 kJ.

Antwort: 618,48 kJ.

Aufgabe 87.
Kristallines Ammoniumchlorid entsteht durch die Reaktion von Ammoniak- und Chlorwasserstoffgasen. Schreiben Sie die thermochemische Gleichung für diese Reaktion, nachdem Sie zuvor ihren thermischen Effekt berechnet haben. Wie viel Wärme wird freigesetzt, wenn bei der Reaktion 10 Liter Ammoniak verbraucht würden, berechnet unter Normalbedingungen? Antwort: 78,97 kJ.
Lösung:
Reaktionsgleichungen, in denen neben den Symbolen chemischer Verbindungen deren Aggregatzustand oder Kristallmodifikation sowie der Zahlenwert thermischer Effekte angegeben sind, werden als thermochemisch bezeichnet. In thermochemischen Gleichungen werden, sofern nicht ausdrücklich angegeben, die Werte der thermischen Effekte bei konstantem Druck Q p gleich der Enthalpieänderung des Systems angegeben. Der Wert wird normalerweise auf der rechten Seite der Gleichung angegeben, getrennt durch ein Komma oder Semikolon. Folgendes wurde akzeptiert: Zu-- kristallin. Diese Symbole entfallen, wenn der Aggregatzustand der Stoffe offensichtlich ist, zum Beispiel O 2, H 2 usw.
Die Reaktionsgleichung lautet:

NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (k). ; = ?

Die Werte der Standardbildungswärmen von Stoffen sind in speziellen Tabellen angegeben. Bedenkt man, dass die Bildungswärmen einfacher Stoffe üblicherweise als Null angenommen werden. Der thermische Effekt einer Reaktion kann mithilfe einer Folgerung des Hessschen Gesetzes berechnet werden:

= (NH4Cl) – [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Die thermochemische Gleichung lautet:

Die bei der Reaktion von 10 Litern Ammoniak in dieser Reaktion freigesetzte Wärme wird aus dem Verhältnis ermittelt:

22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.

Antwort: 78,97 kJ.

Jede chemische Reaktion geht mit der Freisetzung oder Aufnahme von Energie in Form von Wärme einher.

Sie unterscheiden sich anhand der Abgabe bzw. Aufnahme von Wärme exotherm Und endothermisch Reaktionen.

Exotherm Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Wärme freigesetzt wird (+Q).

Endotherme Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Wärme aufgenommen wird (-Q).

Thermische Wirkung der Reaktion (Q) ist die Wärmemenge, die bei der Wechselwirkung einer bestimmten Menge Ausgangsreagenzien freigesetzt oder absorbiert wird.

Eine thermochemische Gleichung ist eine Gleichung, die den thermischen Effekt einer chemischen Reaktion angibt. Die thermochemischen Gleichungen lauten beispielsweise:

Es ist auch zu beachten, dass thermochemische Gleichungen unbedingt Informationen über die Aggregatzustände von Reaktanten und Produkten enthalten müssen, da die Größe des thermischen Effekts davon abhängt.

Berechnungen des thermischen Effekts der Reaktion

Ein Beispiel für ein typisches Problem, um den thermischen Effekt einer Reaktion zu ermitteln:

Wenn 45 g Glucose mit überschüssigem Sauerstoff gemäß der Gleichung reagieren

C 6 H 12 O 6 (fest) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q

Es wurden 700 kJ Wärme freigesetzt. Bestimmen Sie den thermischen Effekt der Reaktion. (Schreiben Sie die Zahl auf die nächste ganze Zahl.)

Lösung:

Berechnen wir die Glukosemenge:

n(C 6 H 12 O 6) = m(C 6 H 12 O 6) / M(C 6 H 12 O 6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol

Diese. Wenn 0,25 Mol Glucose mit Sauerstoff interagieren, werden 700 kJ Wärme freigesetzt. Aus der in der Bedingung dargestellten thermochemischen Gleichung folgt, dass bei der Wechselwirkung von 1 Mol Glucose mit Sauerstoff eine Wärmemenge gleich Q (der thermische Effekt der Reaktion) entsteht. Dann ist folgendes Verhältnis richtig:

0,25 Mol Glucose – 700 kJ

1 Mol Glucose - Q

Aus diesem Verhältnis folgt die entsprechende Gleichung:

0,25 / 1 = 700 / Q

Wenn wir das lösen, finden wir Folgendes:

Somit beträgt die thermische Wirkung der Reaktion 2800 kJ.

Berechnungen mit thermochemischen Gleichungen

Viel öfter in Aufgaben zum Einheitlichen Staatsexamen In der Thermochemie ist der Wert des thermischen Effekts bereits bekannt, weil Die Bedingung ergibt die vollständige thermochemische Gleichung.

In diesem Fall ist es notwendig, entweder die Menge an Wärme zu berechnen, die mit einer bekannten Menge eines Reagenzes oder Produkts freigesetzt/absorbiert wird, oder umgekehrt, aus einem bekannten Wärmewert die Masse, das Volumen oder die Menge eines zu bestimmen Substanz eines an der Reaktion beteiligten Teilnehmers.

Beispiel 1

Nach der thermochemischen Reaktionsgleichung

3Fe 3 O 4 (TV.) + 8Al (TV.) = 9Fe (TV.) + 4Al 2 O 3 (TV.) + 3330 kJ

Es entstanden 68 g Aluminiumoxid. Wie viel Wärme wurde freigesetzt? (Schreiben Sie die Zahl auf die nächste ganze Zahl.)

Lösung

Berechnen wir die Menge an Aluminiumoxid-Substanz:

n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol

Gemäß der thermochemischen Reaktionsgleichung werden bei der Bildung von 4 Mol Aluminiumoxid 3330 kJ freigesetzt. In unserem Fall entstehen 0,6667 Mol Aluminiumoxid. Nachdem wir die in diesem Fall freigesetzte Wärmemenge mit x kJ bezeichnet haben, erstellen wir den Anteil:

4 mol Al 2 O 3 - 3330 kJ

0,667 mol Al 2 O 3 - x kJ

Dieser Anteil entspricht der Gleichung:

4 / 0,6667 = 3330 / x

Wenn wir das lösen, finden wir, dass x = 555 kJ

Diese. Bei der Bildung von 68 g Aluminiumoxid gemäß der thermochemischen Gleichung im Zustand werden 555 kJ Wärme freigesetzt.

Beispiel 2

Als Ergebnis einer Reaktion, deren thermochemische Gleichung

4FeS 2 (TV.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (TV.) + 3310 kJ

Es wurden 1655 kJ Wärme freigesetzt. Bestimmen Sie das Volumen (l) des freigesetzten Schwefeldioxids (Nr.). (Schreiben Sie die Zahl auf die nächste ganze Zahl.)

Lösung

Gemäß der thermochemischen Reaktionsgleichung werden bei der Bildung von 8 Mol SO 2 3310 kJ Wärme freigesetzt. In unserem Fall wurden 1655 kJ Wärme freigesetzt. Die Menge an gebildetem SO 2 sei in diesem Fall x mol. Dann ist folgender Anteil gerechtfertigt:

8 mol SO 2 - 3310 kJ

x mol SO 2 - 1655 kJ

Daraus folgt die Gleichung:

8 / x = 3310 / 1655

Wenn wir das lösen, finden wir Folgendes:

Somit beträgt die Menge der gebildeten SO 2 -Substanz in diesem Fall 4 Mol. Daher ist sein Volumen gleich:

V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(Auf ganze Zahlen gerundet, da dies in der Bedingung erforderlich ist.)

Weitere analysierte Probleme zum thermischen Effekt einer chemischen Reaktion können gefunden werden.

Die Thermochemie untersucht die thermischen Auswirkungen chemischer Reaktionen. In vielen Fällen laufen diese Reaktionen bei konstantem Volumen oder konstantem Druck ab. Aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik folgt, dass Wärme unter diesen Bedingungen eine Funktion des Zustands ist. Bei konstantem Volumen ist Wärme gleich der Änderung der inneren Energie:

und bei konstantem Druck - die Änderung der Enthalpie:

Diese Gleichheiten bilden, wenn man sie auf chemische Reaktionen anwendet, das Wesentliche Hesssches Gesetz:

Der thermische Effekt einer chemischen Reaktion, die bei konstantem Druck oder konstantem Volumen abläuft, hängt nicht vom Reaktionsweg ab, sondern wird nur durch den Zustand der Reaktanten und Reaktionsprodukte bestimmt.

Mit anderen Worten: Der thermische Effekt einer chemischen Reaktion ist gleich der Änderung der Zustandsfunktion.
Im Gegensatz zu anderen Anwendungen der Thermodynamik wird in der Thermochemie Wärme dann als positiv angesehen, wenn sie im Körper freigesetzt wird Umfeld, d.h. Wenn H < 0 или U < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение H(was einfach als „Reaktionsenthalpie“ bezeichnet wird) oder U Reaktionen.

Wenn die Reaktion in Lösung oder in der festen Phase stattfindet, wo die Volumenänderung vernachlässigbar ist, dann

H = U + (pV) U. (3.3)

Wenn ideale Gase an der Reaktion beteiligt sind, dann bei konstanter Temperatur

H = U + (pV) = U+n. RT, (3.4)

Dabei ist n die Änderung der Molzahl der Gase in der Reaktion.

Um den Vergleich der Enthalpien verschiedener Reaktionen zu erleichtern, wird das Konzept eines „Standardzustands“ verwendet. Der Standardstaat ist der Staat reine Substanz bei einem Druck von 1 bar (= 10 5 Pa) und einer bestimmten Temperatur. Bei Gasen handelt es sich um einen hypothetischen Zustand bei einem Druck von 1 bar, der die Eigenschaften eines unendlich verdünnten Gases aufweist. Reaktionsenthalpie zwischen Stoffen in Standardzuständen bei Temperatur T, bezeichnen ( R bedeutet „Reaktion“). Thermochemische Gleichungen geben nicht nur die Formeln von Stoffen an, sondern auch deren Aggregatzustände oder kristalline Modifikationen.

Aus dem Hessschen Gesetz ergeben sich wichtige Konsequenzen, die es ermöglichen, die Enthalpien chemischer Reaktionen zu berechnen.

Folgerung 1.

gleich der Differenz zwischen den Standardbildungsenthalpien von Reaktionsprodukten und Reagenzien (unter Berücksichtigung stöchiometrischer Koeffizienten):

Standard-Bildungsenthalpie (Wärme) einer Substanz (F bedeutet „Bildung“) bei einer bestimmten Temperatur ist die Enthalpie der Bildungsreaktion eines Mols dieser Substanz aus Elementen, die sich im stabilsten Standardzustand befinden. Nach dieser Definition beträgt die Bildungsenthalpie der stabilsten einfachen Stoffe im Standardzustand bei jeder Temperatur 0. In Nachschlagewerken sind Standardbildungsenthalpien von Stoffen bei einer Temperatur von 298 K angegeben.

Der Begriff „Bildungsenthalpie“ wird nicht nur für gewöhnliche Stoffe, sondern auch für Ionen in Lösung verwendet. Als Bezugspunkt wird in diesem Fall das H+-Ion genommen, für das die Standardbildungsenthalpie in einer wässrigen Lösung mit Null angenommen wird:

Folgerung 2. Standardenthalpie einer chemischen Reaktion

gleich der Differenz zwischen den Verbrennungsenthalpien der Reaktanten und Reaktionsprodukte (unter Berücksichtigung stöchiometrischer Koeffizienten):

(C bedeutet „Verbrennung“). Die Standardverbrennungsenthalpie (Wärme) eines Stoffes ist die Enthalpie der Reaktion der vollständigen Oxidation eines Mols eines Stoffes. Diese Konsequenz wird üblicherweise zur Berechnung der thermischen Auswirkungen organischer Reaktionen verwendet.

Folgerung 3. Die Enthalpie einer chemischen Reaktion ist gleich der Differenz der Energien der aufgebrochenen und der neu gebildeten chemischen Bindungen.

Energie der Kommunikation A-B nennen die Energie, die erforderlich ist, um eine Bindung aufzubrechen und die resultierenden Teilchen über eine unendliche Distanz zu trennen:

AB (g) A (g) + B (g) .

Kommunikationsenergie ist immer positiv.

Die meisten thermochemischen Daten in Nachschlagewerken werden bei einer Temperatur von 298 K angegeben. Um thermische Effekte bei anderen Temperaturen zu berechnen, verwenden Sie Kirchhoff-Gleichung:

(Differentialform) (3.7)

(Integralform) (3.8)

Wo C p- der Unterschied zwischen den isobaren Wärmekapazitäten der Reaktionsprodukte und der Ausgangsstoffe. Wenn der Unterschied T 2 - T 1 ist klein, dann können Sie akzeptieren C p= konst. Bei großen Temperaturunterschieden ist der Einsatz erforderlich Temperaturabhängigkeit C p(T) Typ:

Wo sind die Koeffizienten? A, B, C usw. für einzelne Stoffe werden sie dem Nachschlagewerk entnommen und das Vorzeichen gibt den Unterschied zwischen den Produkten und Reagenzien (unter Berücksichtigung der Koeffizienten) an.

BEISPIELE

Beispiel 3-1. Die Standardbildungsenthalpien von flüssigem und gasförmigem Wasser bei 298 K betragen -285,8 bzw. -241,8 kJ/mol. Berechnen Sie die Verdampfungsenthalpie von Wasser bei dieser Temperatur.

Lösung. Bildungsenthalpien entsprechen den folgenden Reaktionen:

H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (l), H 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.

Die zweite Reaktion kann in zwei Stufen durchgeführt werden: Zuerst wird Wasserstoff verbrannt, um gemäß der ersten Reaktion flüssiges Wasser zu bilden, und dann wird das Wasser verdampft:

H 2 O (l) = H 2 O (g), H 0 isp = ?

Dann gilt nach dem Hessschen Gesetz

H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,

Wo H 0 isp = -241,8 - (-285,8) = 44,0 kJ/mol.

Antwort. 44,0 kJ/mol.

Beispiel 3-2. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie

6C (g) + 6H (g) = C 6 H 6 (g)

a) durch Bildungsenthalpien; b) durch Bindungsenergien, unter der Annahme, dass die Doppelbindungen im C 6 H 6-Molekül fixiert sind.

Lösung. a) Bildungsenthalpien (in kJ/mol) sind im Nachschlagewerk zu finden (z. B. P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5. Auflage, S. C9-C15): f H 0 (C 6 H 6 (g)) = 82,93, f H 0 (C(g)) = 716,68, f H 0 (H(g)) = 217,97. Die Enthalpie der Reaktion beträgt:

rH 0 = 82,93 – 6.716,68 – 6.217,97 = –5525 kJ/mol.

b) In dieser Reaktion chemische Bindungen nicht brechen, sondern nur formen. In der Näherung für feste Doppelbindungen enthält das C 6 H 6-Molekül 6 C-H-Bindungen, 3 C-C-Bindungen und 3 C=C-Bindungen. Bindungsenergien (in kJ/mol) (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5. Auflage, S. C7): E(C-H) = 412, E(C-C) = 348, E(C=C) = 612. Die Enthalpie der Reaktion beträgt:

rH 0 = -(6.412 + 3.348 + 3.612) = -5352 kJ/mol.

Der Unterschied zum genauen Ergebnis -5525 kJ/mol ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass es im Benzolmolekül keine C-C-Einfachbindungen und C=C-Doppelbindungen gibt, sondern 6 aromatische C-C-Bindungen.

Antwort. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.

Beispiel 3-3. Berechnen Sie anhand von Referenzdaten die Enthalpie der Reaktion

3Cu (tv) + 8HNO 3(aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)

Lösung. Die abgekürzte Ionengleichung für die Reaktion lautet:

3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).

Nach dem Hessschen Gesetz ist die Enthalpie der Reaktion gleich:

rH 0 = 4f H 0 (H 2 O (l)) + 2 f H 0 (NEIN (g)) + 3 f H 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 f H 0 (NO 3 - (aq))

(Die Bildungsenthalpien von Kupfer und dem H + -Ion sind per Definition gleich 0). Setzt man die Werte der Bildungsenthalpien ein (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5. Auflage, S. C9-C15), finden wir:

rH 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ

(basierend auf drei Mol Kupfer).

Antwort. -358,4 kJ.

Beispiel 3-4. Berechnen Sie die Verbrennungsenthalpie von Methan bei 1000 K, wenn die Bildungsenthalpie bei 298 K gegeben ist: f H 0 (CH 4) = -17,9 kcal/mol, f H 0 (CO 2) = -94,1 kcal/mol, f H 0 (H 2 O (g)) = -57,8 kcal/mol. Die Wärmekapazitäten von Gasen (in cal/(mol. K)) im Bereich von 298 bis 1000 K betragen:

C p (CH 4) = 3,422 + 0,0178. T, C p(O2) = 6,095 + 0,0033. T,

C p (CO 2) = 6,396 + 0,0102. T, C p(H 2 O (g)) = 7,188 + 0,0024. T.

Lösung. Enthalpie der Methanverbrennungsreaktion

CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

bei 298 K ist gleich:

94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kcal/mol.

Lassen Sie uns den Unterschied der Wärmekapazitäten als Funktion der Temperatur ermitteln:

C p = C p(CO2) + 2 C p(H 2 O (g)) - C p(CH 4) - 2 C p(O2) =
= 5.16 - 0.0094T(cal/(mol K)).

Die Reaktionsenthalpie bei 1000 K wird mit der Kirchhoff-Gleichung berechnet:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2)/2 = -192500 cal/mol.

Antwort. -192,5 kcal/mol.

AUFGABEN

3-1. Wie viel Wärme ist erforderlich, um 500 g Al zu übertragen (Schmelzpunkt 658 °C, H 0 pl = 92,4 cal/g), entnommen bei Zimmertemperatur, in einen geschmolzenen Zustand, wenn C p(Al TV) = 0,183 + 1,096 10 -4 T cal/(g K)?

3-2. Die Standardenthalpie der Reaktion CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g), die in einem offenen Gefäß bei einer Temperatur von 1000 K abläuft, beträgt 169 kJ/mol. Wie groß ist die Wärme dieser Reaktion, die bei der gleichen Temperatur, aber in einem geschlossenen Gefäß stattfindet?

3-3. Berechnen Sie die standardmäßige innere Bildungsenergie von flüssigem Benzol bei 298 K, wenn die standardmäßige Bildungsenthalpie 49,0 kJ/mol beträgt.

3-4. Berechnen Sie die Bildungsenthalpie von N 2 O 5 (g) bei T= 298 K basierend auf folgenden Daten:

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,

N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g), H 3 0 = 182,6 kJ/mol.

3-5. Die Verbrennungsenthalpien von -Glucose, -Fructose und Saccharose bei 25 °C betragen -2802,
-2810 bzw. -5644 kJ/mol. Berechnen Sie die Hydrolysewärme von Saccharose.

3-6. Bestimmen Sie die Bildungsenthalpie von Diboran B 2 H 6 (g) bei T= 298 K aus folgenden Daten:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) = B 2 O 3 (tv) + 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,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g), H 3 0 = -241,8 kJ/mol.

3-7. Berechnen Sie die Bildungswärme von Zinksulfat aus einfachen Stoffen bei T= 298 K basierend auf den folgenden Daten.