Berechnen Sie den thermischen Effekt einer Reaktion online. Berechnung der thermischen Standardwirkungen chemischer Reaktionen aus den Standardbildungswärmen der an der Reaktion beteiligten Stoffe

Die Reaktionswärme (Wärmewirkung der Reaktion) ist die freigesetzte bzw. aufgenommene Wärmemenge Q. Wird bei der Reaktion Wärme freigesetzt, nennt man eine solche Reaktion exotherm, wird Wärme aufgenommen, heißt die Reaktion endotherm.

Die Reaktionswärme wird basierend auf dem ersten Hauptsatz (Anfang) der Thermodynamik bestimmt, dessen mathematischer Ausdruck in seiner einfachsten Form für chemische Reaktionen ist die gleichung:

Q = ΔU + ðΔV (2.1)

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

Die thermochemische Berechnung besteht in der Bestimmung thermische Wirkung Reaktionen. Der Zahlenwert der Reaktionswärme hängt gemäß Gleichung (2.1) von der Art ihrer Durchführung ab. Bei einem isochoren Prozess, der bei V=const durchgeführt wird, ist die Reaktionswärme Q V =Δ U, im isobaren Prozess bei p=const thermische Wirkung Q P =Δ H. Somit ist die thermochemische Berechnung in Bestimmung des Betrags der Änderung entweder der inneren Energie oder der Enthalpie während einer Reaktion. Da die allermeisten Reaktionen unter isobaren Bedingungen ablaufen (beispielsweise sind dies alles Reaktionen in offenen Gefäßen, die bei Luftdruck), bei thermochemischen Berechnungen wird ΔН fast immer berechnet . Wenn einΔ H<0, то реакция экзотермическая, если же Δ H > 0, dann ist die Reaktion endotherm.

Thermochemische Berechnungen erfolgen entweder nach dem Hess'schen Gesetz, wonach die thermische Wirkung eines Prozesses nicht von seinem Weg abhängt, sondern nur durch Art und Zustand der Ausgangsstoffe und -produkte des Prozesses bestimmt wird, oder meistens a Folge des Hessschen Gesetzes: der thermische Effekt einer Reaktion ist gleich der Summe Wärmen (Enthalpien) der Bildung von Produkten minus der Summe der Wärmen (Enthalpien) der Bildung von Reaktanten.

Bei Berechnungen nach dem Hessschen Gesetz werden die Gleichungen von Hilfsreaktionen verwendet, deren thermische Wirkung bekannt ist. Das Wesen von Operationen in Berechnungen nach dem Hess-Gesetz besteht darin, dass solche algebraischen Operationen an den Gleichungen von Hilfsreaktionen durchgeführt werden, die zu einer Reaktionsgleichung mit unbekanntem thermischen Effekt führen.

Beispiel 2.1. Bestimmung der Reaktionswärme: 2CO + O 2 \u003d 2CO 2 ΔH - ?

Wir verwenden die Reaktionen als Hilfsmittel: 1) C + O 2 \u003d C0 2;Δ H 1 = –393,51 kJ und 2) 2 C + O 2 = 2 CO;Δ H 2 \u003d -220,1 kJ, woΔ NeinΔ H 2 - thermische Effekte von Hilfsreaktionen. Unter Verwendung der Gleichungen dieser Reaktionen kann man die Gleichung für eine gegebene Reaktion erhalten, wenn man die Hilfsgleichung 1) mit zwei multipliziert und Gleichung 2) von dem Ergebnis subtrahiert. Daher ist die unbekannte Wärme einer gegebenen Reaktion:

Δ H = 2Δ H1-Δ H 2 \u003d 2 (-393,51) - (-220,1) \u003d -566,92 kJ.

Wenn drin Thermochemische Berechnung die Folgerung aus dem Hessschen Gesetz verwendet wird, dann wird für die Reaktion, die durch die Gleichung aA + bB = cC + dD ausgedrückt wird, die Beziehung verwendet:

ΔН =(сΔНоbr,с + dΔHobr D) - (аΔНоbr A + bΔН arr,c) (2.2)

wobei ΔН die Reaktionswärme ist; ΔH 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 die Wärmewirkung einer Reaktion, bei der 1 Mol dieser Verbindung aus einfachen Stoffen, die sich in thermodynamisch stabilen Phasen befinden, und Modifikationen 1 * gebildet wird. Zum Beispiel , die Bildungswärme von Wasser im Dampfzustand ist gleich der Hälfte der Reaktionswärme, ausgedrückt durch die Gleichung: 2H 2 (g)+ Etwa 2 (g)= 2H 2 O(g).Die Einheit der Bildungswärme ist 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, С + dΔH° 298, o 6 p, D) - (аΔН° 298, arr A + bΔН° 298, arr, c)(2.3)

wobei ΔH° 298 die Standardreaktionswärme in kJ (der Standardwert wird durch den hochgestellten Index „0“ angegeben) bei einer Temperatur von 298 K und ΔH° 298,arr die Standardbildungswärme (Enthalpien) ebenfalls bei einer Temperatur sind von 298K. ΔH° Werte 298 U.sind für alle Verbindungen definiert und sind tabellarische Daten. 2 * - siehe Anwendungstabelle.

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

4NH 3 (r) + 5O 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H 2 O (g).

Nach der Folgerung des Hessschen Gesetzes schreiben wir 3*:

Δ H 0 298 = (4Δ H 0 298. o b p . Nein+6∆H0 298. Code N20) - 4∆H0 298 arr. NH h. Durch Einsetzen der Tabellenwerte der Standardbildungswärmen der in der Gleichung dargestellten Verbindungen erhalten wir:Δ H °298= (4 (90,37) + 6 (-241,84)) - 4 (-46,19) = - 904,8 kJ.

Das negative Vorzeichen der Reaktionswärme zeigt an, dass der Prozess exotherm ist.

In der Thermochemie ist es üblich, thermische Effekte in Reaktionsgleichungen anzugeben. Eine solche Gleichungen mit einem bestimmten thermischen Effekt werden als thermochemisch bezeichnet. Zum Beispiel, die thermochemische Gleichung der in Beispiel 2.2 betrachteten Reaktion lautet:

4NH 3 (g) + 50 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H 2 0 (g);Δ H° 29 8 = - 904,8 kJ.

Wenn die Bedingungen von den Standardbedingungen abweichen, ist dies in praktischen thermochemischen Berechnungen möglich Xia Annäherung verwenden: Δ H ≈Δ Nr. 298 (2.4) Ausdruck (2.4) spiegelt die schwache Abhängigkeit der Reaktionswärme von den Bedingungen ihres Auftretens wider.

Aufgabe #6

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

Tabelle 6

Lösung:

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

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

Wahre Wärmekapazität

, (21)

wo δ Q ist die infinitesimale Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Körpers um einen infinitesimalen Betrag zu erhöhen dT .

Durchschnittliche Wärmekapazität ist das Wärmeverhältnis Q zum Temperaturanstieg ∆ T = T 2 – T 1 ,

.

Da Wärme keine Zustandsfunktion ist und vom Prozesspfad abhängt, müssen die Bedingungen angegeben werden, unter denen der Erwärmungsprozess stattfinden kann. 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(AUS v) und isobar (C p) Wärmekapazitäten Substanzen u Durchschnitt isochor
und isobar
Wärmekapazitäten im Temperaturbereich von T 1 Vor T 2 wird durch die Gleichungen (23) und (24) ausgedrückt:

; (23)

. (24)

Die Abhängigkeiten der wahren Wärmekapazität von der Temperatur werden durch folgende empirische Gleichungen ausgedrückt:

; (für nicht organische Materie) (25)

. (für organische Stoffe) (26)

Nutzen wir das Nachschlagewerk physikalischer und chemischer Größen. Schreiben wir die Koeffizienten (a, b, c) der Gleichung für die Abhängigkeit der isobaren Wärmekapazität von Ammoniak von der Temperatur:

Tabelle 7

Wir schreiben die Gleichung für die Abhängigkeit der wahren Wärmekapazität von Ammoniak von der Temperatur:

.

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

= 1/(800-298)
=

0,002 = 43,5 J/molK.

Aufgabe Nr. 7

Für die in der Tabelle angegebene chemische Reaktion. 2, tragen Sie die Summe der Wärmekapazitäten der Reaktionsprodukte als Funktion der Temperatur auf
und die Summe der Wärmekapazitäten der Ausgangsstoffe bei Temperatur
. Abhängigkeitsgleichungen
nimm es aus dem handbuch. Berechnen Sie die Änderung der Wärmekapazität während einer chemischen Reaktion (
) bei Temperaturen von 298 K, 400 K u T K (Tabelle 6).

Lösung:

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

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 . Lassen Sie uns die Summe der Koeffizienten berechnen. Zum Beispiel die Summe der Koeffizienten a für Ausgangsstoffe gleich ist

= 27,88 + 3 27,28 = 109,72.

Die Summe der Koeffizienten a für die Reaktionsprodukte ist

= 2 29,8 = 59,6.

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

Tabelle 8

Also die Abhängigkeitsgleichung

für Reaktionsprodukte hat folgende Form:

\u003d 59,60 + 50,96 10 -3 T - 3,34 10 5 / T 2.

Auftragung der Abhängigkeit der Summe der Wärmekapazität der Reaktionsprodukte von der Temperatur
Berechnen Sie die Summe der Wärmekapazitäten bei mehreren Temperaturen:

Bei T = 298 K

\u003d 59,60 + 50,96 10 -3 298 - 3,34 10 5 / 298 2 \u003d 71,03 J / K;

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

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

Abhängigkeitsgleichung
für Ausgangsstoffe hat die Form:

\u003d 109,72 + 14,05 10 -3 T + 1,50 10 -5 / T 2.

Ähnlich rechnen wir
Ausgangsstoffe bei mehreren Temperaturen:

Bei T = 298 K

\u003d 109,72 + 14,05 10 -3 298 + 1,50 10 5 / 298 2 \u003d 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 der Reaktion bei mehreren Temperaturen:

\u003d -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.

Basierend auf 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 Ausgangsmaterialien höher als die Gesamtwärmekapazität der Produkte, daher
über den gesamten Temperaturbereich von 298 K bis 600 K.

Aufgabe Nr. 8

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

Lösung:

Lassen Sie uns den thermischen Effekt der Ammoniaksynthesereaktion bei einer Temperatur von 800 berechnen ZU.

Abhängigkeit vom thermischen Effekt
Temperaturverhalten beschreibt Kirchhoffsches Gesetz

, (27)

wo
- Änderung der Wärmekapazität des Systems während der Reaktion. Analysieren wir die Gleichung:

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

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

3) Wenn
= 0, dann = 0, die thermische Wirkung ist temperaturunabhängig.

In integraler Form 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 hängt die thermische Wirkung nicht von der Temperatur ab

= konst.

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

c) für genaue Berechnung es werden Daten über die Abhängigkeit der Wärmekapazität aller Reaktionsteilnehmer von der Temperatur benötigt
. In diesem Fall wird der thermische Effekt nach der Formel berechnet

(30)

Wir schreiben die Referenzdaten (Tabelle 9) und berechnen die Änderungen der entsprechenden Werte für jede Spalte analog zu Aufgabe Nr. 7). Wir verwenden die erhaltenen Daten zur Berechnung:

Etwa:

\u003d -91880 + (-31,88) (800 - 298) \u003d -107883,8 J \u003d - 107,88 kJ.

\u003d -91880 + (-50,12) (800 - 298) + 1/2 36,91 10 -3 (800 2 - 298 2) +

- (-4,84 10 5) (1/800 - 1/298) \u003d - 107815 J \u003d - 107,82 kJ.

Für die 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 2O3 metallisches Aluminium, wenn 335,1 g Eisen erhalten wurden. Antwort: 2543,1 kJ.
Lösung:
Reaktionsgleichung:

\u003d (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) \u003d -1669,8 - (-822,1) \u003d -847,7 kJ

Berechnung der Wärmemenge, die bei Erhalt von 335,1 g Eisen freigesetzt wird, erzeugen wir aus dem Anteil:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847.7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,

wo 55,85 Atommasse Drüse.

Antworten: 2543,1 kJ.

Thermischer Effekt der Reaktion

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

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C2H 5 OH (g); = ?

Die Werte der Standardbildungswärmen von Stoffen sind in speziellen Tabellen angegeben. In Anbetracht dessen, dass die Bildungswärmen einfacher Substanzen bedingt gleich Null genommen werden. Berechnen Sie den thermischen Effekt der Reaktion unter Verwendung der Konsequenz des Hess-Gesetzes, wir erhalten:

\u003d (C 2 H 5 OH) - [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] \u003d
= -235,1 - [(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Reaktionsgleichungen, in denen über Symbole Chemische Komponenten ihre Aggregatzustände oder kristallinen Modifikationen sind angegeben, ebenso wie der numerische Wert der thermischen Effekte, die als thermochemisch bezeichnet werden. In thermochemischen Gleichungen liegen, sofern nicht anders angegeben, die Werte thermischer Effekte bei konstanter Druck Q p gleich der Änderung der Enthalpie des Systems . Der Wert wird normalerweise auf der rechten Seite der Gleichung angegeben, getrennt durch ein Komma oder Semikolon. Folgende Abkürzungen für den Aggregatzustand werden akzeptiert: G- gasförmig, und- Flüssigkeit, 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) \u003d C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.

Antworten:- 45,76 kJ.

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

a) EEO (c) + CO (g) \u003d Fe (c) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/2 O 2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
c) H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ.
Antwort: +27,99 kJ.

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

EeO (k) + H 2 (g) \u003d Fe (k) + H 2 O (g); = ?

\u003d (H2O) - [ (FeO)

Die Bildungswärme von Wasser ist durch die Gleichung gegeben

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

und die Bildungswärme von Eisenoxid (II) kann berechnet werden, wenn Gleichung (a) von Gleichung (b) subtrahiert wird.

\u003d (c) - (b) - (a) \u003d -241,83 - [-283,o - (-13,18)] \u003d + 27,99 kJ.

Antworten:+27,99 kJ.

Aufgabe 84.
Bei der Wechselwirkung von gasförmigem Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid entstehen Wasserdampf und Schwefelkohlenstoff СS 2 (g). Schreiben Sie die thermochemische Gleichung für diese Reaktion auf und berechnen Sie vorläufig ihre thermische Wirkung. Antwort: +65,43 kJ.
Lösung:
G- gasförmig, und- Flüssigkeit, zu- kristallin. Diese Symbole entfallen, wenn der Aggregatzustand von Stoffen offensichtlich ist, z. B. O 2, H 2 usw.
Die Reaktionsgleichung lautet:

2H 2 S (g) + CO 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = ?

Die Werte der Standardbildungswärmen von Stoffen sind in speziellen Tabellen angegeben. In Anbetracht dessen, dass die Bildungswärmen einfacher Substanzen bedingt gleich Null genommen werden. Der thermische Effekt der Reaktion kann mit dem Korollar e aus dem Hess-Gesetz berechnet werden:

\u003d (H 2 O) + (CS 2) - [(H 2 S) + (CO 2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H 2 S (g) + CO 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = +65,43 kJ.

Antworten:+65,43 kJ.

Thermochemische Reaktionsgleichung

Aufgabe 85.
Schreiben Sie die thermochemische Gleichung für die Reaktion zwischen CO (g) und Wasserstoff auf, bei der CH 4 (g) und H 2 O (g) entstehen. Wie viel Wärme wird bei dieser Reaktion freigesetzt, wenn 67,2 Liter Methan bezogen auf erhalten würden normale Bedingungen? Antwort: 618,48 kJ.
Lösung:
Reaktionsgleichungen, in denen ihre Aggregatzustände oder kristallinen Modifikationen in der Nähe der Symbole chemischer Verbindungen 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 Änderung der Enthalpie des Systems angegeben. Der Wert wird normalerweise auf der rechten Seite der Gleichung angegeben, getrennt durch ein Komma oder Semikolon. Folgende Abkürzungen für den Aggregatzustand werden akzeptiert: G- gasförmig, und- etwas zu- kristallin. Diese Symbole entfallen, wenn der Aggregatzustand von Stoffen offensichtlich ist, z. B. O 2, H 2 usw.
Die Reaktionsgleichung lautet:

CO (g) + 3 H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + H 2 O (g); = ?

Die Werte der Standardbildungswärmen von Stoffen sind in speziellen Tabellen angegeben. In Anbetracht dessen, dass die Bildungswärmen einfacher Substanzen bedingt gleich Null genommen werden. Der thermische Effekt der Reaktion kann mit dem Korollar e aus dem Hess-Gesetz berechnet werden:

\u003d (H 2 O) + (CH 4) - (CO)];
\u003d (-241,83) + (-74,84) ​​- (-110,52) \u003d -206,16 kJ.

Die thermochemische Gleichung sieht folgendermaßen aus:

22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x \u003d 67,2 (-206,16) / 22?4 \u003d -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.

Antworten: 618,48 kJ.

Formationswärme

Aufgabe 86.
Die thermische Wirkung dieser Reaktion ist gleich der Bildungswärme. Berechnen Sie die Bildungswärme von NO aus den folgenden thermochemischen Gleichungen:
a) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H 2 O (g); = -1168,80 kJ;
b) 4NH 3 (g) + 3O 2 (g) \u003d 2N 2 (g) + 6H 2 O (g); = -1530,28 kJ
Antwort: 90,37 kJ.
Lösung:
Die Standardbildungswärme ist gleich der Bildungswärme von 1 Mol dieser Substanz aus einfachen Substanzen 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 sei die Reaktion (a), bei der 4 Mol NO gebildet werden und die Reaktion (b), bei der 2 Mol N2 gebildet werden. Beide Reaktionen beinhalten Sauerstoff. Um die Standardbildungswärme von NO zu bestimmen, stellen wir daher den folgenden Hess-Zyklus auf, d.h. wir müssen Gleichung (a) von Gleichung (b) subtrahieren:

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

Antworten: 618,48 kJ.

Aufgabe 87.
Kristallines Ammoniumchlorid entsteht durch die Wechselwirkung von gasförmigem Ammoniak und Chlorwasserstoff. Schreiben Sie die thermochemische Gleichung für diese Reaktion auf, nachdem Sie zuvor ihre thermische Wirkung berechnet haben. Wie viel Wärme wird freigesetzt, wenn bei der Reaktion 10 Liter Ammoniak unter normalen Bedingungen verbraucht werden? Antwort: 78,97 kJ.
Lösung:
Reaktionsgleichungen, in denen ihre Aggregatzustände oder kristallinen Modifikationen in der Nähe der Symbole chemischer Verbindungen 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 Änderung der Enthalpie des Systems angegeben. Der Wert wird normalerweise auf der rechten Seite der Gleichung angegeben, getrennt durch ein Komma oder Semikolon. Folgendes wird akzeptiert zu- kristallin. Diese Symbole entfallen, wenn der Aggregatzustand von Stoffen offensichtlich ist, z. B. O 2, H 2 usw.
Die Reaktionsgleichung lautet:

NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (k). ; = ?

Die Werte der Standardbildungswärmen von Stoffen sind in speziellen Tabellen angegeben. In Anbetracht dessen, dass die Bildungswärmen einfacher Substanzen bedingt gleich Null genommen werden. Der thermische Effekt der Reaktion kann mit dem Korollar e aus dem Hess-Gesetz berechnet werden:

\u003d (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Die thermochemische Gleichung sieht folgendermaßen aus:

Die bei der Reaktion von 10 Liter Ammoniak bei dieser Reaktion freigesetzte Wärme wird bestimmt aus dem Anteil:

22,4 : -176,85 = 10 : X; x \u003d 10 (-176,85) / 22,4 \u003d -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.

Antworten: 78,97 kJ.

Bei jeder chemischen Reaktion wird Energie in Form von Wärme freigesetzt oder aufgenommen.

Anhand der Abgabe oder Aufnahme von Wärme unterscheiden sie exotherm und endothermisch Reaktionen.

exotherm Reaktionen - solche Reaktionen, bei denen Wärme freigesetzt wird (+ Q).

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

Der thermische Effekt der Reaktion (Q) ist die Wärmemenge, die während der Wechselwirkung einer bestimmten Menge an Ausgangsreagenzien freigesetzt oder absorbiert wird.

Eine thermochemische Gleichung ist eine Gleichung, in der die Wärmewirkung einer chemischen Reaktion angegeben wird. Thermochemische Gleichungen sind beispielsweise:

Zu beachten ist auch, dass thermochemische Gleichungen zwangsläufig Informationen über die Aggregatzustände von Edukten und Produkten enthalten müssen, da davon die Größe des thermischen Effekts abhängt.

Reaktionswärmeberechnungen

Ein Beispiel für ein typisches Problem, um den Wärmeeffekt einer Reaktion zu finden:

Beim Zusammenwirken von 45 g Glucose mit einem Überschuss an Sauerstoff gemäß der Gleichung

C 6 H 12 O 6 (fest) + 6 O 2 (g) \u003d 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O (g) + Q

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

Lösung:

Berechnen Sie die Menge an Glukosesubstanz:

n (C 6 H 12 O 6) \u003d m (C 6 H 12 O 6) / M (C 6 H 12 O 6) \u003d 45 g / 180 g / mol \u003d 0,25 mol

Diese. Die Wechselwirkung von 0,25 Mol Glucose mit Sauerstoff setzt 700 kJ Wärme frei. Aus der in der Bedingung dargestellten thermochemischen Gleichung folgt, dass bei der Wechselwirkung von 1 Mol Glucose mit Sauerstoff eine Wärmemenge gleich Q (Reaktionswärme) entsteht. Dann gilt folgende Proportion:

0,25 mol Glucose - 700 kJ

1 Mol Glucose - Q

Aus diesem Anteil 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 nach thermochemischen Gleichungen

Viel öfter drin USE-Zuweisungen In der Thermochemie ist der Wert des thermischen Effekts bereits bekannt, weil die vollständige thermochemische Gleichung ist in der Bedingung angegeben.

In diesem Fall ist es erforderlich, entweder die freigesetzte / aufgenommene Wärmemenge mit einer bekannten Menge des Reaktanten oder Produkts zu berechnen oder umgekehrt die Masse, das Volumen oder die Menge des Stoffes einer daran beteiligten Person zu bestimmen die Reaktion aus dem bekannten Wärmewert.

Beispiel 1

Gemäß der thermochemischen Reaktionsgleichung

3Fe 3 O 4 (fest) + 8Al (fest) \u003d 9Fe (fest) + 4Al 2 O 3 (fest) + 3330 kJ

68 g Aluminiumoxid gebildet. Wie viel Wärme wird dabei freigesetzt? (Schreiben Sie die Zahl auf die nächste Ganzzahl auf.)

Lösung

Berechnen Sie die Menge an Aluminiumoxidsubstanz:

n (Al 2 O 3) \u003d m (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) \u003d 68 g / 102 g / mol \u003d 0,667 mol

Gemäß der thermochemischen Reaktionsgleichung werden bei der Bildung von 4 mol Aluminiumoxid 3330 kJ freigesetzt. In unserem Fall werden 0,6667 Mol Aluminiumoxid gebildet. Wenn wir die in diesem Fall freigesetzte Wärmemenge bezeichnen, bilden wir durch x kJ 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 die lösen, finden wir x = 555 kJ

Diese. bei der Bildung von 68 g Aluminiumoxid werden gemäß der thermochemischen Gleichung 555 kJ Wärme unter der Bedingung freigesetzt.

Beispiel 2

Als Ergebnis der Reaktion, deren thermochemische Gleichung

4FeS 2 (fest) + 11O 2 (g) \u003d 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (fest) + 3310 kJ

1655 kJ Wärme wurden freigesetzt. Bestimmen Sie das Volumen (l) des freigesetzten Schwefeldioxids (n.a.g.). (Schreiben Sie die Zahl auf die nächste Ganzzahl auf.)

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 gebildete Stoffmenge SO 2 sei in diesem Fall gleich x mol. Dann gilt folgender Anteil:

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 gebildete Stoffmenge SO 2 in diesem Fall 4 mol. Daher ist sein Volumen:

V (SO 2) \u003d V m ∙ n (SO 2) \u003d 22,4 l / mol ∙ 4 mol \u003d 89,6 l ≈ 90 l(Auf ganze Zahlen aufrunden, da dies in der Bedingung erforderlich ist.)

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

Die Thermochemie untersucht die thermischen Wirkungen 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 Zustandsfunktion ist. Bei konstantem Volumen ist Wärme gleich der Änderung der inneren Energie:

und bei konstantem Druck - eine Enthalpieänderung:

Diese Gleichheiten, wenn sie auf chemische Reaktionen angewendet werden, sind die Essenz von Das Gesetz von Hess:

Die thermische Wirkung einer bei konstantem Druck oder konstantem Volumen ablaufenden chemischen Reaktion hängt nicht vom Reaktionsweg ab, sondern wird nur durch den Zustand der Edukte und Reaktionsprodukte bestimmt.

Mit anderen Worten, die thermische Wirkung einer chemischen Reaktion ist gleich der Änderung der Zustandsfunktion.
In der Thermochemie gilt Wärme im Gegensatz zu anderen Anwendungen der Thermodynamik als positiv, wenn sie freigesetzt wird Umgebung, 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 fester Phase abläuft, wo die Volumenänderung vernachlässigbar ist, dann

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

Wenn ideale Gase an der Reaktion teilnehmen, dann bei konstanter Temperatur

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

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

Um den Vergleich der Enthalpien verschiedener Reaktionen zu erleichtern, wird der Begriff „Normzustand“ verwendet. Der Standardzustand ist der Zustand reine Substanz bei einem Druck von 1 bar (= 10 5 Pa) und einer gegebenen Temperatur. Bei Gasen ist dies ein hypothetischer Zustand bei einem Druck von 1 bar, der die Eigenschaften eines unendlich verdünnten Gases hat. Die Reaktionsenthalpie zwischen Substanzen in Standardzuständen bei einer Temperatur T, bezeichnen ( r bedeutet „Reaktion“). In thermochemischen Gleichungen werden nicht nur die Formeln von Stoffen angegeben, sondern auch deren Aggregatzustände oder kristalline Modifikationen.

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

Folge 1.

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

Standardbildungsenthalpie (Wärme) einer Substanz (f bedeutet "Bildung") bei einer gegebenen Temperatur ist die Reaktionsenthalpie der Bildung von einem Mol dieser Substanz aus den Elementen im stabilsten Normalzustand. Nach dieser Definition ist die Bildungsenthalpie der stabilsten einfachen Substanzen im Standardzustand bei jeder Temperatur 0. Standardbildungsenthalpien von Stoffen bei einer Temperatur von 298 K sind in Nachschlagewerken angegeben.

Die Begriffe "Bildungsenthalpie" werden nicht nur für gewöhnliche Substanzen, sondern auch für Ionen in Lösung verwendet. In diesem Fall wird das H + -Ion als Bezugspunkt genommen, für das die Standardbildungsenthalpie in einer wässrigen Lösung gleich Null angenommen wird:

Folge 2. Standardenthalpie einer chemischen Reaktion

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

(c bedeutet "Verbrennung"). Die Standard-Verbrennungsenthalpie (Wärme) einer Substanz wird als Reaktionsenthalpie der vollständigen Oxidation eines Mols einer Substanz bezeichnet. Diese Konsequenz wird normalerweise verwendet, um die thermischen Effekte organischer Reaktionen zu berechnen.

Folge 3. Die Enthalpie einer chemischen Reaktion ist gleich der Differenz zwischen den Energien gebrochener und gebildeter chemischer Bindungen.

Durch Bindungsenergie A-B nennen die Energie, die erforderlich ist, um die Bindung zu brechen und die resultierenden Teilchen auf eine unendliche Entfernung zu verdünnen:

AB (r) A (r) + B (r) .

Die Bindungsenergie ist immer positiv.

Die meisten thermochemischen Daten in Handbüchern 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 Vgl ist die Differenz zwischen den isobaren Wärmekapazitäten der Reaktionsprodukte und Ausgangsmaterialien. Wenn der Unterschied T 2 - T 1 ist klein, dann können Sie akzeptieren Vgl= konst. Bei großen Temperaturunterschieden verwenden Temperaturabhängigkeit Vgl(T) Typ:

wo Koeffizienten a, b, c usw. für einzelne Substanzen werden sie dem Nachschlagewerk entnommen, und das Vorzeichen kennzeichnet den Unterschied zwischen Produkten und Reagenzien (unter Berücksichtigung der Koeffizienten).

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. Die Bildungsenthalpien entsprechen den folgenden Reaktionen:

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.

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

H 2 O (g) \u003d H 2 O (g), H 0 Spanisch = ?

Dann gilt nach dem Hessschen Gesetz

H 1 0 + H 0 Spanisch = H 2 0 ,

wo H 0 Spanisch \u003d -241,8 - (-285,8) \u003d 44,0 kJ / mol.

Antworten. 44,0 kJ/mol.

Beispiel 3-2. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie

6C (g) + 6H (g) \u003d C 6 H 6 (g)

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

Lösung. a) Die Bildungsenthalpien (in kJ/mol) finden sich im Handbuch (z. B. P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5. Auflage, S. C9-C15): fH 0 (C 6 H 6 (g)) = 82,93, fH 0 (C (g)) = 716,68, fH 0 (H (g)) = 217,97. Die Reaktionsenthalpie ist:

r H 0 \u003d 82,93 - 6 716,68 - 6 217,97 \u003d -5525 kJ / mol.

b) Bei dieser Reaktion chemische Bindungen nicht brechen, sondern nur bilden. In der Annäherung an feste Doppelbindungen enthält ein 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(CH) = 412, E(CC) = 348, E(C=C) = 612. Die Reaktionsenthalpie ist:

r H 0 \u003d - (6 412 + 3 348 + 3 612) \u003d -5352 kJ / mol.

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

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

Beispiel 3-3. Berechnen Sie anhand der Referenzdaten die Reaktionsenthalpie

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

Lösung. Die abgekürzte Ionenreaktionsgleichung lautet:

3Cu (tv) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) \u003d 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).

Nach dem Gesetz von Hess ist die Reaktionsenthalpie:

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

(Die Bildungsenthalpien von Kupfer und dem H + -Ion sind definitionsgemäß 0). Durch Einsetzen der Bildungsenthalpien (P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5. Auflage, S. C9-C15) finden wir:

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

(bezogen auf drei Mol Kupfer).

Antworten. -358,4 kJ.

Beispiel 3-4. Berechnen Sie die Verbrennungsenthalpie von Methan bei 1000 K, wenn die Bildungsenthalpien bei 298 K gegeben sind: fH 0 (CH 4) \u003d -17,9 kcal / mol, fH 0 (CO 2) \u003d -94,1 kcal / mol, fH 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:

Cp (CH4) = 3,422 + 0,0178. T, Vgl(02) = 6,095 + 0,0033. T,

C p (CO 2) \u003d 6,396 + 0,0102. T, Vgl(H 2 O (g)) = 7,188 + 0,0024. T.

Lösung. Enthalpie der Verbrennungsreaktion von Methan

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

bei 298 K ist:

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

Finden wir den Unterschied der Wärmekapazitäten als Funktion der Temperatur:

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

Wir berechnen die Reaktionsenthalpie bei 1000 K mit der Kirchhoff-Gleichung:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2) / 2 \u003d -192500 cal / mol.

Antworten. -192,5 kcal/mol.

AUFGABEN

3-1. Wie viel Wärme ist erforderlich, um 500 g Al (Smp. 658 o C, H 0 pl \u003d 92,4 cal / g), aufgenommen bei Zimmertemperatur, in einen geschmolzenen Zustand, wenn Vgl(Al-TV) \u003d 0,183 + 1,096 · 10 -4 T cal/(g·K)?

3-2. Die Standardenthalpie der Reaktion CaCO 3 (tv) \u003d CaO (tv) + 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 derselben Temperatur, aber in einem geschlossenen Gefäß abläuft?

3-3. Berechnen Sie die innere Standardbildungsenergie von flüssigem Benzol bei 298 K, wenn die Standardbildungsenthalpie 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) \u003d 2NO 2 (g), H 1 0 \u003d -114,2 kJ / mol,

4NO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2N 2 O 5 (g), H 2 0 \u003d -110,2 kJ / mol,

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 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) \u003d B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g), H 1 0 \u003d -2035,6 kJ / mol,

2B (Fernseher) + 3/2 O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (Fernseher), H 2 0 \u003d -1273,5 kJ / mol,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 3 0 \u003d -241,8 kJ / mol.

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