Книга: Общая химия
56. Термохимические расчеты.
<<< Назад 55. Термохимия. |
Вперед >>> 57. Скорость химической реакции. |
56. Термохимические расчеты.
Основной принцип, на котором основываются все термохимические расчеты, установлен в 1840 г. русским химиком акад. Г. И. Гессом. Этот принцип, известный под названием закона Гесса и являющийся частным случаем закона сохранения энергии, можно сформулировать так:
Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.
Рассмотрим пример, поясняющий закон Гесса. Раствор сульфата натрия можно приготовить из растворов серной кислоты и гидроксида натрия двумя способами:
1. Смешать раствор, содержащий два моля NaOH, с раствором, содержащим один моль H2SO4.
2. Смешать раствор, содержащий один моль NaOH, с раствором, содержащим один моль H2SO4, и к полученному раствору кислой соли (NaSO4) добавить раствор, содержащий еще один моль NaOH.
Запишем термохимические уравнения этих реакций.
Первый способ:
2NaOH(водн.) + H2SO4(водн.) = Na2SO4(водн.) + 2H2O + 131,4 кДж
Второй способ:
NaOH(водн.) + H2SO4(водн.) = NaHSO4(водн.) + H2O + 61,7 кДж
NaHSO4(водн.) + NaOH(водн.) = Na2SO4(водн.) + H2O + 69,7 кДж
Символ (водн.) означает, что вещество взято в виде водного раствора.
Согласно закону Гесса, тепловой эффект в обоих случаях должен быть одним и тем же. Действительно, складывая тепловые эффекты, отвечающие двум стадиям второго способа, получаем тот же суммарный тепловой эффект, который наблюдается при первом способе проведения процесса: 61,7+69,7=131,4 кДж.
Таким образом, подобно обычным уравнениям химических реакций, термохимические уравнения можно складывать.
- 162 -
Закон Гесса дает возможность вычислять тепловые эффекты реакции в тех случаях, когда их непосредственное измерение почему-либо неосуществимо. В качестве примера такого рода расчетов рассмотрим вычисление теплоты образования оксида углерода (II) из графита и кислорода. Измерить тепловой эффект реакции
C(графит) + ?O2 = CO
очень трудно, потому что при сгорании графита в ограниченном количестве кислорода получается не оксид углерода (II), а его смесь с диоксидом углерода. Но теплоту образования СО можно вычислить, зная его теплоту сгорания (283.0 кДж/моль) и теплоту образования диоксида углерода (393.5 кДж/моль).
Горение графита выражается термохимическим уравнением:
C(графит) + ?O2 = CO + 393,5 кДж
Для вычисления теплоты образования СО запишем эту реакцию в виде двух стадий
C(графит) + ?O2 = CO + x кДж
CO + ?O2 = CO2 + 283,0 кДж
и сложим термохимические уравнения, отвечающие этим стадиям. Получим суммарное уравнение:
C(графит) + O2 = CO2 + (x + 283,0) кДж
Согласно закону Гесса, тепловой эффект этой суммарной реакции равен тепловому эффекту реакции непосредственного сгорания графита, т. е. x+283.0=393.5. Отсюда x=110.5 кДж или
C(графит) + ?O2 = CO + 110,5 кДж
Рассмотрим еще один пример применения закона Гесса. Вычислим тепловой эффект реакции сгорания метана CH4, зная теплоты образования метана (74.9 кДж/моль) и продуктов его сгорания — диоксида углерода (393,5 кДж/моль) и воды (285,8 кДж/моль). Для вычисления запишем реакцию горения метана сначала непосредственно, а затем разбив на стадии. Соответствующие термохимические уравнения будут иметь вид:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + x кДж
CH4 = C(графит) + 2H2 -74,9 кДж
C(графит) + O2 = CO2 + 393,5 кДж
2H2 + O2 - 2·285,8 кДж
Складывая последние три термохимические уравнения, отвечающие проведению реакции по стадиям, получим суммарное уравнение горения метана:
- 163 -
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + (-74.9+363.5+571.6) кДж
Согласно закону Гесса, -74.9+363.5+571.6=x, откуда теплота сгорания метана x=890.2 кДж.
Рассмотренный пример иллюстрирует практически важное следствие закона Гесса: тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования получающихся веществ за вычетом суммы теплот образования исходных веществ. Оба суммирования производятся с учетом числа молей участвующих в реакции веществ в соответствии с ее уравнением.
<<< Назад 55. Термохимия. |
Вперед >>> 57. Скорость химической реакции. |
- 54. Превращения энергии при химических реакциях.
- 55. Термохимия.
- 56. Термохимические расчеты.
- 57. Скорость химической реакции.
- 58. Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ.
- 59. Зависимость скорости реакции от температуры и от природы реагирующих веществ.
- 60. Катализ.
- 61. Скорость реакции в гетерогенных системах.
- 62. Цепные реакции.
- 63. Необратимые и обратимые реакции. Химическое равновесие.
- 64. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.
- 65. Факторы, определяющие направление протекания химических реакций.
- 66. Термодинамические величины. Внутренняя энергия и энтальпия.
- 67. Термодинамические величины. Энтропия и энергия Гиббса.
- 68. Стандартные термодинамические величины. Химико-термодинамические расчеты.
- Глава VI. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
- 55. Термохимия.
- 58. Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ.
- 57. Скорость химической реакции.
- 61. Скорость реакции в гетерогенных системах.
- 64. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.
- 63. Необратимые и обратимые реакции. Химическое равновесие.
- 54. Превращения энергии при химических реакциях.