Навигация
Химические превращения и тепловые эффекты химических реакций
44153
знака
0
таблиц
3
изображения
6. Химические превращения и тепловые эффекты химических реакций
Наличие химических формул для всех веществ позволяет изображать химические реакции посредством химических уравнений. Наиболее характерными признаками химической реакции являются следующие внешние изменения реакционной среды: 1) выделение газа; 2) образование осадка; 3) изменение окраски; 4) выделение или поглощение теплоты.
Химическая реакция заключается в разрыве одних и образовании других связей, поэтому она сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты, света, работы расширения образовавшихся газов.
По признаку выделения или поглощения теплоты реакции делятся на экзотермические и эндотермические.
Количество теплоты, которое выделяется или поглощается в результате реакций между определенными количествами реагентов, называют тепловым эффектом химической реакции и обычно обозначают символом Q. Наряду с тепловым эффектом термохимические процессы очень часто характеризуют разностью энтальпий ∆ H продуктов реакции и исходных веществ.
Энтальпия Н — это определенное свойство вещества, оно является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании.
Процессы, протекающие при постоянном давлении, встречаются гораздо чаще, чем те, которые протекают при постоянном объеме, так как большинство из них проводится в открытых сосудах. Доказано, что в химических процессах, протекающих при постоянном давлении, выделившееся (или поглощенное) тепло есть мера уменьшения (или соответственно увеличения) энтальпии реакции ∆ H.
При экзотермических реакциях, когда тепло выделяется, ∆Н отрицательно. При эндотермических реакциях (тепло поглощается) и ∆H положительно.
7. Теплота образования химических соединений
Теплотой образования соединения называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при образовании одного моля химического соединения из простых веществ при стандартных условиях (р = 105 Па, T = 298 К). Она измеряется в кДж/моль. Согласно этому определению, теплота образования простого вещества при стандартных условиях равна 0.
Изменение энтальпии ∆Н зависит от давления и температуры. Поэтому для того, чтобы облегчить сравнение термохимических данных для различных реакций, были приняты определенные стандартные состояния (условия).
При написании термохимических уравнений твердое вещество, жидкость и газ обязательно обозначаются символами (тв), (ж) и (г) соответственно, поскольку изменение энтальпии зависит от агрегатного состояния реагирующих веществ и продуктов реакции. Стандартное состояние: для газа — состояние чистого газа при 105 Па; для жидкости — состояние чистой жидкости при 105 Па; для твердого вещества — наиболее устойчивое при давлении 105 Па кристаллическое состояние, например графит у углерода, ромбическая сера у серы и т. п. Стандартное состояние всегда относится к 298 К. Так, например, термохимическое уравнение образования воды из водорода и кислорода записывается следующим образом:
H2(г)+½O2(г)=H2O(ж) + 286кДж
Значение 286 кДж является теплотой образования воды в стандартных условиях и означает, что при образовании 1 моля воды выделяется 286 кДж теплоты:
∆Нобр(H2O(ж))=-286кДж/моль.
Значение теплоты образования газообразной воды уже будет иным:
H2(г)+½O2(г)=H2O(г) + 242кДж
8. Закон Гесса и его следствия
Важнейшим законом, на котором основано большинство термохимических расчетов, является закон Гесса (его называют также законом суммы тепловых эффектов).
Тепловой эффект химической реакции зависит от состояния исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от промежуточных стадий реакций.
Пример: Тепловой эффект реакции окисления углерода в оксид углерода (IV) не зависит от того, проводится ли это окисление непосредственно:
С(тв) + О2(г) = СО2(г) (∆Н1)
или через промежуточную стадию образования оксида углерода (II):
С(тв) + ½О2(г) = СО(г) (∆Н2)
С(тв) + ½О2(г) = СО2(г) (∆Н3)
Из закона Гесса следует, что если известны общий тепловой эффект реакции и тепловой эффект одной из двух ее промежуточных стадий, то можно вычислить тепловой эффект (х) второй промежуточной стадии, т. е. если
∆Н1= ∆Н2 + ∆Н3(∆Н2 = х), то х=∆Н1 - ∆Н3
Это положение очень важно, так как позволяет рассчитывать тепловые эффекты для реакций, не поддающихся непосредственному экспериментальному изучению.
Если теплота образования какого-либо вещества из простых веществ не измерена экспериментально, то для расчета можно воспользоваться значениями ∆Н ряда других соединений; комбинируя эти значения, можно получить ∆Н обр искомого соединения.
Особенно удобно проводить такие расчеты, используя следствия, непосредственно вытекающие из закона Гесса:
Тепловой эффект химической реакции равен разности суммы теплот образования продуктов реакции и суммы теплот образования исходных веществ (суммирование проводится с учетом числа молей веществ, участвующих в реакции, т. е. стехиометрических коэффициентов в уравнении протекающей реакции):
Q=∑ni Qi - ∑njQj ,
Здесь Qi, Qj — теплоты образования продуктов реакции и исходных веществ соответственно; ni, и nj — стехиометрические коэффициенты в правой и левой частях термохимического уравнения соответственно.
Аналогичным образом можно записать:
∆Н =∑ni∆Нi - ∑nj∆Нj ,
где ∆Н — изменение энтальпии соответствующей реакции, ∆Нi, ∆Нj— энтальпии образования продуктов реакции и исходных веществ соответственно.
Похожие работы
... датчика и осциллографа. Экспериментальные кривые зависимости времени τ горения частиц от давления p, соответствуют теоретической зависимости. Представляют интерес экспериментальные исследования процесса горения отдельной угольной частицы, движущейся в потоке газа. Такого рода опыты проводили Н. И. Сыромятников и 3.И.Леонтьева. После воспламенения частицы наблюдалось замедление скорости ее ...
... реагирующего вещества. 4. Провести практическую часть исследования согласно выбранным методикам. 5. Проанализировать полученный результат и сформировать выводы. Объект исследования: скорость химической реакции. Предмет исследования: влияние катализаторов, температуры, концентрации вещества, площади соприкосновения, природы реагирующего вещества и давления. Методы исследования ...
... подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы. 3.2 «Триумфальное шествие органического синтеза» Возникновение структурной теории позволило химикам впервые обрести ...
... . Термодинамические функции ΔG, ΔS, ΔH для электрохимических реакций рассчитывают по уравнениям: ΔG = - nEF, (2.20) , (2.21) , (2.22) , (2.23) , (2.24) где n – число электронов, участвующих в реакции; F – число Фарадея, Кл; E – ЭДС, В. 2.2 Задачи с решениями электролит проводимость потенциал кинетика 1. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, ...
0 комментариев