Единицы измерения теплового эффекта реакции

В термохимии тепловые эффекты обычно выражают в Джоулях (Дж, кДж) или в калориях (кал., ккал.), где 1 кал = 4,184 Дж.

Так как величина ТЭР зависит от давления и температуры, тепловые эффекты химических реакций относят к определенным стандартным условиям: давлению Р, равному 1атм (101325 Па) и температуре 25⁰С(298К).

Тепловой эффект, соответствующий образованию 1моля сложного вещества из простых веществ, термодинамически устойчивых при стандартных условиях, называется стандартной энтальпией (теплотой) образования вещества . Единицей измерения  является кДж/моль.

Стандартные энтальпии (теплоты) образования простых веществ (О₂, Н₂, N₂, Са и т.д.) условно принимаются равными нулю. Стандартные энтальпии (теплоты) образования химических соединений приведены в справочной литературе.

Примеры

, DН⁰ = — 242 кДж/моль,

 , DН⁰ = — 286 кДж/моль.

Из этих термохимических уравнений следует, что при образовании 1моля воды в парообразном состоянии выделяется 242кДж тепла, а при образовании 1моля воды в жидком состоянии выделяется 286кДж тепла, т.е. стандартная энтальпия образования зависит от агрегатного состояния вещества. Поэтому в термохимических уравнениях у формулы каждого вещества указывается его физическое состояние:

газообразное — (г); жидкое — (ж); твердое — (т); кристаллическое — (к); раствор—(р-р). Иногда требуется указать аллотропную модификацию например, С_{(графит)}, С_(алмаз).

Все термохимические расчеты основаны на применении основного закона термохимии — закона Гесса (1836 г.) :

Тепловой эффект химической реакции не зависит от способа ее проведения, а зависит лишь от природы и состояния исходных веществ и продуктов реакции.

Из закона Гесса вытекают два следствия:

1) энтальпии образования химических соединений и энтальпии их разложения равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку (закон Лавуазье-Лапласа, 1783 г). Например, если при образовании оксида серы (IV) из серы и кислорода выделяется 297 кДж/моль, то при разложении моля SО₂ на серу и кислород поглотится такое же количество теплоты:

2) тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой стандартных энтальпий образования продуктов реакции и суммой стандартных энтальпий образования исходных веществ, умноженных на соответствующие стехиометрические коэффициенты т.е. для реакции:

mА+ nВ = рС+ qД,

DН (ТЭР) можно рассчитать по формуле:

,

где DН⁰ — стандартные энтальпии образования веществ А, В, С, Д,

m, n, р, q — стехиометрические коэффициенты.

Задача

Определить тепловой эффект реакции горения сероводорода:

.

Решение

Для нахождения теплового эффекта данной реакции необходимо знать стандартные энтальпии образования продуктов реакции и исходных веществ. Их значения берутся из справочника:

= — 20 кДж/моль, = — 242 кДж/моль,

= 0 кДж/моль, = — 297 кДж/моль.

Тепловой эффект реакции равен:

ТЭР(DН) = (2 +2 ) — (2 +3 ) =

 = 2(- 242) + 2(- 297) -2(-20) = - 1038 кДж,

т.е. реакция горения сероводорода является экзотермической.

Растворение— это сложный физико-химический процесс. При растворении твердого вещества происходит разрушение кристаллической решетки и распределение молекул (или ионов) растворенного вещества по всему объему раствора, что связано с определенной затратой энергии.

Поэтому физическая стадия растворения, если она только не сопровождается какими-либо другими явлениями, вызывает повышение энтальпии, т.е. является эндотермическим процессом (+DН₁) .

Одновременно протекает химическая стадия растворения, которая вызывает экзотермический эффект (—DН₂), обусловленный взаимодействием частиц растворенного вещества с молекулами растворителя. Это явление получило название сольватации (или гидратации, если растворителем является вода).

Теплотой гидратации называется количество теплоты, которое выделяется при образовании 1моля кристаллогидрата, (например CuSO₄∙5Н₂О, пентагидрата сульфата меди).

Количество тепловой энергии, выделяемой или поглощаемой при растворении 1 моля вещества в определенном количестве растворителя, называется теплотой растворения.

Общий тепловой эффект процесса растворения представляет собой алгебраическую сумму эффектов обоих процессов — собственно растворения и гидратации. Он зависит от соотношения (+DН₁) и

(-DН₂) и может быть как положительным, так и отрицательным.

Теплоту гидратации соли можно вычислить, основываясь на законе Гесса, если произвести измерения теплот растворения безводной соли (например, сульфата меди CuSО₄) и ее кристаллогидрата

(CuSО₄ × 5Н₂О).

Для расчета теплоты гидратации можно использовать вспомогательную схему:

Изобразим переход CuSО_4(т) в CuSО₄×5Н₂О_(т), затем CuSО₄ ×5Н₂О_(т) в CuSО_4(р-р) в виде ломаной линии АВС, а непосредственный переход СuSО_4(т) в раствор — в виде прямой линии АС. Начальные и конечные состояния в обоих случаях одинаковы. Путь по линии АВС и по линии АС приводят к одному и тому же результату — к раствору CuSО₄, т.е. тепловые эффекты первого и второго пути в соответствии с законом Гесса должны быть равны:

,

откуда искомая теплота гидратации будет:

, (1)

Для определения теплоты растворения вещества нужно установить количество теплоты, поглощенной или выделенной при растворении определенной его навески, а затем пересчитать на один моль.

Экспериментальная часть

Цель работы: измерить теплоты растворения безводного сульфата меди CuSО₄ и его кристаллогидрата СuSО₄ × 5Н₂О и рассчитать по ним теплоту гидратации соли.

Для термохимических измерений пользуются упрощенным калориметром, схема которого представлена на рис.1. Прибор состоит из наружного стакана (1) и двух сосудов (2 и 3), между которыми находится воздушная прослойка, обеспечивающая теплоизоляцию внутреннего сосуда (2), в котором проходит растворение. Внутренний сосуд калориметра (2) закрывается пробкой (4) с двумя отверстиями: в первое из них вставлен термометр (5), во второе — проволочная мешалка (6).

	Рис. 1

Опыт № 1

Опыт № 1

Определение теплоты растворения
безводного сульфата меди CuSО₄

Во внутренний сосуд калориметра налейте 50 мл дистиллированной воды комнатной температуры, отмеренной цилиндром. Опустите в воду, не касаясь дна сосуда, термометр. На техно-химических весах взвесьте на листке пергаментной бумаги 2 г безводного сульфата меди CuSО₄ с точностью до 0,01 г (соль хранится в эксикаторе). Измерьте температуру воды в калориметре с точностью до 0,1⁰С — начальную температуру опыта (t₁). Открыв пробку (4) быстро и аккуратно высыпьте отвешенную соль и вновь закройте отверстие пробкой. Зафиксируйте показание термометра. Осторожно перемешивая раствор мешалкой, следите за изменением температуры в сосуде в течение 5 минут. Записывайте показания термометра первые 3 минуты с интервалами 0,5 минуты, а далее—через 1минуту. Результаты измерений запишите в таблицу1

Таблица 1

---

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 1721; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!