Уравнение стандартной энтальпии образования твердого карбоната кальция при температуре 298к

Термохимия изучает тепловые эффекты химических реакций. Во многих случаях эти реакции протекают при постоянном объеме или постоянном давлении. Из первого закона термодинамики следует, что при этих условиях теплота является функцией состояния. При постоянном объеме теплота равна изменению внутренней энергии:

, , (3.1)

а при постоянном давлении — изменению энтальпии:

, . (3.2)

Эти равенства в применении к химическим реакциям составляют суть закона Гесса:

Тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном давлении или постоянном объеме, не зависит от пути реакции, а определяется только состоянием реагентов и продуктов реакции.

Другими словами, тепловой эффект химической реакции равен изменению функции состояния.
В термохимии, в отличие от других приложений термодинамики, теплота считается положительной, если она выделяется в окружающую среду, т.е. если H . RT, (3.4)

где n — изменение числа молей газов в реакции.

Для того, чтобы облегчить сравнение энтальпий различных реакций, используют понятие «стандартного состояния». Стандартное состояние — это состояние чистого вещества при давлении 1 бар (= 10 5 Па) и заданной температуре. Для газов — это гипотетическое состояние при давлении 1 бар, обладающее свойствами бесконечно разреженного газа. Энтальпию реакции между веществами, находящимися в стандартных состояниях при температуре T, обозначают (r означает «reaction»). В термохимических уравнениях указывают не только формулы веществ, но и их агрегатные состояния или кристаллические модификации.

Из закона Гесса вытекают важные следствия, которые позволяют рассчитывать энтальпии химических реакций.

Следствие 1. Стандартная энтальпия химической реакции

равна разности стандартных энтальпий образования продуктов реакции и реагентов (с учетом стехиометрических коэффициентов):

(3.5)

Стандартной энтальпией (теплотой) образования вещества (f означает «formation») при заданной температуре называют энтальпию реакции образования одного моля этого вещества из элементов, находящихся в наиболее устойчивом стандартном состоянии. Согласно этому определению, энтальпия образования наиболее устойчивых простых веществ в стандартном состоянии равна 0 при любой температуре. Стандартные энтальпии образования веществ при температуре 298 К приведены в справочниках.

Понятия «энтальпия образования» используют не только для обычных веществ, но и для ионов в растворе. При этом за точку отсчета принят ион H + , для которого стандартная энтальпия образования в водном растворе полагается равной нулю:

Следствие 2. Стандартная энтальпия химической реакции

равна разности энтальпий сгорания реагентов и продуктов реакции (с учетом стехиометрических коэффициентов):

(3.6)

(c означает «combustion»). Стандартной энтальпией (теплотой) сгорания вещества называют энтальпию реакции полного окисления одного моля вещества. Это следствие обычно используют для расчета тепловых эффектов органических реакций.

Следствие 3. Энтальпия химической реакции равна разности энергий разрываемых и образующихся химических связей.

Энергией связи A- B называют энергию, необходимую для разрыва связи и разведения образующихся частиц на бесконечное расстояние:

AB_(г) A_(г) + B_(г).

Энергия связи всегда положительна.

Большинство термохимических данных в справочниках приведено при температуре 298 К. Для расчета тепловых эффектов при других температурах используют уравнение Кирхгофа:

(дифференциальная форма) (3.7)

(интегральная форма) (3.8)

где C_p — разность изобарных теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ. Если разница T₂ — T₁ невелика, то можно принять C_p = const. При большой разнице температур необходимо использовать температурную зависимость C_p(T) типа:

, (3.9)

где коэффициенты a, b, c и т.д. для отдельных веществ берут из справочника, а знак обозначает разность между продуктами и реагентами (с учетом коэффициентов).

ПРИМЕРЫ

Пример 3-1. Стандартные энтальпии образования жидкой и газообразной воды при 298 К равны -285.8 и -241.8 кДж/моль, соответственно. Рассчитайте энтальпию испарения воды при этой температуре.

Решение. Энтальпии образования соответствуют следующим реакциям:

H_2(г) + ЅO_2(г) = H₂O_(ж), H₁ 0 = -285.8;

H_2(г) + ЅO_2(г) = H₂O_(г), H₂ 0 = -241.8.

Вторую реакцию можно провести в две стадии: сначала сжечь водород с образованием жидкой воды по первой реакции, а затем испарить воду:

H₂O_(ж) = H₂O_(г), H 0 _исп = ?

Тогда, согласно закону Гесса,

H₁ 0 + H 0 _исп = H₂ 0 ,

откуда H 0 _исп = -241.8 — (-285.8) = 44.0 кДж/моль.

Ответ. 44.0 кДж/моль.

Пример 3-2. Рассчитайте энтальпию реакции

а) по энтальпиям образования; б) по энергиям связи, в предположении, что двойные связи в молекуле C₆H₆ фиксированы.

Решение. а) Энтальпии образования (в кДж/моль) находим в справочнике (например, P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, pp. C9-C15): _fH 0 (C₆H_6(г)) = 82.93, _fH 0 (C_(г)) = 716.68, _fH 0 (H_(г)) = 217.97. Энтальпия реакции равна:

_rH 0 = 82.93 — 6 716.68 — 6 217.97 = -5525 кДж/моль.

б) В данной реакции химические связи не разрываются, а только образуются. В приближении фиксированных двойных связей молекула C₆H₆ содержит 6 связей C- H, 3 связи C- C и 3 связи C=C. Энергии связей (в кДж/моль) (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, p. C7): E(C- H) = 412, E(C- C) = 348, E(C=C) = 612. Энтальпия реакции равна:

_rH 0 = -(6 412 + 3 348 + 3 612) = -5352 кДж/моль.

Разница с точным результатом -5525 кДж/моль обусловлена тем, что в молекуле бензола нет одинарных связей C- C и двойных связей C=C, а есть 6 ароматических связей C C.

Ответ. а) -5525 кДж/моль; б) -5352 кДж/моль.

Пример 3-3. Пользуясь справочными данными, рассчитайте энтальпию реакции

Решение. Сокращенное ионное уравнение реакции имеет вид:

По закону Гесса, энтальпия реакции равна:

_rH 0 = 4 _fH 0 (H₂O_(ж)) + 2 _fH 0 (NO_(г)) + 3 _fH 0 (Cu 2+ _(aq)) — 2 _fH 0 (NO₃ — _(aq))

(энтальпии образования меди и иона H + равны, по определению, 0). Подставляя значения энтальпий образования (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, pp. C9-C15), находим:

_rH 0 = 4 (-285.8) + 2 90.25 + 3 64.77 — 2 (-205.0) = -358.4 кДж

(в расчете на три моля меди).

Пример 3-4. Рассчитайте энтальпию сгорания метана при 1000 К, если даны энтальпии образования при 298 К: _fH 0 (CH₄) = -17.9 ккал/моль, _fH 0 (CO₂) = -94.1 ккал/моль, _fH 0 (H₂O_(г)) = -57.8 ккал/моль. Теплоемкости газов (в кал/(моль . К)) в интервале от 298 до 1000 К равны:

Решение. Энтальпия реакции сгорания метана

при 298 К равна:

= -94.1 + 2 (-57.8) — (-17.9) = -191.8 ккал/моль.

Найдем разность теплоемкостей как функцию температуры:

C_p = C_p(CO₂) + 2 C_p(H₂O_(г)) — C_p(CH₄) — 2 C_p(O₂) =
= 5.16 — 0.0094T (кал/(моль . К)).

Энтальпию реакции при 1000 К рассчитаем по уравнению Кирхгофа:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) — 0.0094 (1000 2 -298 2 )/2 = -192500 кал/моль.

Ответ. -192.5 ккал/моль.

ЗАДАЧИ

3-1. Сколько тепла потребуется на перевод 500 г Al (т.пл. 658 о С, H 0 _пл = 92.4 кал/г), взятого при комнатной температуре, в расплавленное состояние, если C_p(Al_тв) = 0.183 + 1.096 10 -4 T кал/(г К)?

3-2. Стандартная энтальпия реакции CaCO_3(тв) = CaO_(тв) + CO_2(г), протекающей в открытом сосуде при температуре 1000 К, равна 169 кДж/моль. Чему равна теплота этой реакции, протекающей при той же температуре, но в закрытом сосуде?

3-3. Рассчитайте стандартную внутреннюю энергию образования жидкого бензола при 298 К, если стандартная энтальпия его образования равна 49.0 кДж/моль.

3-4. Рассчитайте энтальпию образования N₂O₅(г) при T = 298 К на основании следующих данных:

2NO(г) + O₂(г) = 2NO₂(г), H₁ 0 = -114.2 кДж/моль,

4NO₂(г) + O₂(г) = 2N₂O₅(г), H₂ 0 = -110.2 кДж/моль,

N₂(г) + O₂(г) = 2NO(г), H₃ 0 = 182.6 кДж/моль.

3-5. Энтальпии сгорания -глюкозы, -фруктозы и сахарозы при 25 о С равны -2802,
-2810 и -5644 кДж/моль, соответственно. Рассчитайте теплоту гидролиза сахарозы.

3-6. Определите энтальпию образования диборана B₂H₆(г) при T = 298 К из следующих данных:

B₂H₆(г) + 3O₂(г) = B₂O₃(тв) + 3H₂O(г), H₁ 0 = -2035.6 кДж/моль,

2B(тв) + 3/2 O₂(г) = B₂O₃(тв), H₂ 0 = -1273.5 кДж/моль,

H₂(г) + 1/2 O₂(г) = H₂O(г), H₃ 0 = -241.8 кДж/моль.

3-7. Рассчитайте теплоту образования сульфата цинка из простых веществ при T = 298 К на основании следующих данных:

ZnS = Zn + S, H₁ 0 = 200.5 кДж/моль,

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂, H₂ 0 = -893.5 кДж,

2SO₂ + O₂ = 2SO₃, H₃ 0 = -198.2 кДж/моль,

ZnSO₄ = ZnO + SO₃, H₄ 0 = 235.0 кДж/моль.

3-8. Найдите _rH 0 ₂₉₈ для реакции

если известны теплоты сгорания метана ( _cH 0 (CH₄) = -890.6 кДж/моль), хлорметана ( _cH 0 (CH₃Cl) = -689.8 кДж/моль), водорода ( _cH 0 (H₂) = -285.8 кДж/моль) и теплота образования HCl ( _fH 0 (HCl) = -92.3 кДж/моль)).

3-9. Рассчитайте тепловой эффект реакции

при T = 298 K, если известны следующие данные:

H₂O_(г) = H₂O_(ж), H₁ 0 = -44 кДж/моль,

1/2N₂ + 3/2H₂ = NH₃, H₂ 0 = -46.2 кДж/моль,

H₂ + 1/2O₂ = H₂O_(ж), H₃ 0 = -285.8 кДж/моль,

NO = 1/2N₂ + 1/2O₂, H₄ 0 = -91.3 кДж/моль.

3-10. При взаимодействии 10 г металлического натрия с водой _rH₂₉₈ = -79.91 кДж, а при взаимодействии 20 г оксида натрия с водой _rH₂₉₈ = -76.76 кДж. Вода берется в большом избытке. Рассчитайте теплоту образования оксида натрия _fH 0 ₂₉₈(Na₂O), если _fH 0 ₂₉₈(H₂O_ж) = -285.8 кДж/моль.

3-11. Энергия связи в молекуле H₂ равна 432.1 кДж/моль, а энергия связи в молекуле N₂ равна 945.3 кДж/моль. Какова энтальпия атомизации аммиака, если энтальпия образования аммиака равна -46.2 кДж/моль?

3-12. Рассчитайте стандартный тепловой эффект реакции нейтрализации

NaOH + HCl = NaCl + H₂O,

протекающей в водном растворе при 298 К.

3-13. Рассчитайте стандартный тепловой эффект реакции

3-14. Напишите уравнение Кирхгофа для реакции, протекающей при постоянном объеме.

3-15. Зависимость теплового эффекта реакции CH₃OH_(г) + 3/2O₂ = CO₂ + 2H₂O_(г) от температуры выражается уравнением:

(Дж) =

Рассчитайте изменение теплоемкости C_p для этой реакции при 500 К.

3-16. Стандартная энтальпия образования Al₂O_3(тв) при 298 К равна -1675 кДж/моль. Рассчитайте стандартную энтальпию образования Al₂O_3(тв) при 800 К, если даны мольные теплоемкости (в Дж/(моль . К)):

3-17. Энтальпия диссоциации карбоната кальция при 900 о С и давлении 1 атм равна 178 кДж/моль. Выведите уравнение зависимости энтальпии реакции от температуры и рассчитайте количество теплоты, поглощенное при разложении 1 кг карбоната кальция при 1000 о С и 1 атм, если даны мольные теплоемкости (в Дж/(моль . К)):

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Видео:Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

Расчет энтальпии образования вещества, используя следствие из закона Гесса

Видео:Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^Скачать

Вычисление стандартной энтальпии образования сульфата аммония

Задача 2.
Пользуясь термохимическим уравнением 2NH₃ + H₂O + SO₃ = (NH₄)₂SO₄; ΔH =-406,28 кДж, рассчитайте стандартную энтальпию образования сульфата аммония.
Решение:
ΔН о ₂₉₈(NH₃) = -46,2 кДж/моль;

Для решения задачи используем первое следствие из закона Гесса, что энтальпия реакции равна разности сумм энтальпий образования конечных и начальных участников реакций с учетом их стехиометрических коэффициентов:

ΔH = ∑ΔH(обр.конечн.) – ∑ΔH(обр.нач.)

= -451 — [2 . (-46,2) + (-285,83) + (-395,8)] = -1180,31 кДж/моль.

Изменение энтальпии при стандартных условиях для химической реакции разложения гидроксида кальция

Задача 3.
Расcчитайте изменения энтальпии при стандартных условиях для реакции Ca(OH)₂ = CaO+ H₂O. Укажите экзо- или эндотермической является эта реакция.
Решение:
ΔН о ₂₉₈(H₂O) = -286,0 кДж/моль;

ΔН о ₂₉₈(СаО) = -635,1 кДж/моль;

Находим тепловой эффект химической реакции, используя следствие из закона Гесса, которое гласит, что энтальпия реакции равна разности сумм энтальпий образования конечных и начальных участников реакций с учетом их стехиометрических коэффициентов:
ΔH = ∑ΔH(обр.конечн.) – ∑ΔH(обр.нач.).

= [(-635,1) + (-286,0)] — (-985,1) = 64 кДж/моль.

Так как ΔН о _х.р. > 0 то данная реакция сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды, значит данная реакция эндотермическая. Эндотермические реакции — это химические реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты из окружающей среды.

Видео:Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)Скачать

Энергетика химических процессов. Закон Гесса

Материалы портала onx.distant.ru

Видео:Энтальпия реакции. Решение задачи.Скачать

Тепловой эффект процесса

Количество выделенной (или поглощенной) теплоты Q в данном процессе называют тепловым эффектом процесса. Экзотермической является реакция, протекающая с выделением теплоты, а эндотермической – с поглощением теплоты из окружающей среды.

Для лабораторных и промышленных процессов наиболее типичен изобарный режим (Р=const). Поэтому обычно рассматривают тепловой эффект при Р,Т = const, т.е. изменение энтальпии процесса ΔН.

Следует отметить, что абсолютные значения энтальпии Н определить не представляется возможным, так как не известна абсолютная величина внутренней энергии.

Для экзотермической реакции (Q > 0) ΔН 0.

Видео:Как рассчитать стандартную энтальпию образования вещества | Физическая химияСкачать

Термохимические уравнения

Химические уравнения, в которых дополнительно указывается величина изменения энтальпии реакции, а также агрегатное состояние веществ и температура, называются термохимическими уравнениями.

В термохимических уравнениях отмечают фазовое состояние и аллотропные модификации реагентов и образующихся веществ: г – газообразное, ж – жидкое, к – кристаллическое; S_(ромб), S_{(монокл)}, С_{(графит)}, С_(алмаз) и т.д.

Важно подчеркнуть, что с термохимическими уравнениями можно проводить алгебраические операции сложения, вычитания, деления, умножения.

Видео:Теплота образованияСкачать

Закон Гесса

Изменение энтальпии (внутренней энергии) химической реакции зависит от вида, состояния и количества исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути процесса.

Видео:Закон Гесса. Энтальпия. ТермохимияСкачать

Следствия из закона Гесса

1. Изменение энтальпии реакции равно сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ (суммирование проводится с учетом стехиометрических коэффициентов).
2. Изменение энтальпии реакции равно сумме энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом суммы энтальпий сгорания продуктов реакции (суммирование проводится с учетом стехиометрических коэффициентов).

Видео:Решение задач на зависимость энтальпии от температурыСкачать

Стандартные термодинамические величины

Стандартные термодинамические величины – это такие величины, которые относятся к процессам, все ингредиенты которых находятся в стандартных состояниях.

Стандартным состоянием вещества, находящегося в конденсированной фазе (кристаллической или жидкой), является реальное состояние вещества, находящегося при данной температуре и давлении 1 атм.

Следует подчеркнуть, что стандартное состояние может иметь место при любой температуре.

Обычно тепловой эффект (изменение энтальпии) реакции приводится для температуры 25 о С (298,15 К) и давления 101,325 кПа (1 атм), т.е. указывается стандартная энтальпия ΔН о ₂₉₈.

Видео:Решение задач на первое начало термодинамики. ТермохимияСкачать

Стандартные энтальпии образования и сгорания

Стандартная энтальпия образования ΔН о _f,298 (или ΔН о _обр,298) – это изменение энтальпии в процессе образования данного вещества (обычно 1 моль), находящегося в стандартном состоянии, из простых веществ, также находящихся в стандартном состоянии, причем простые вещества присутствуют в наиболее термодинамически устойчивых состояниях при данной температуре.

Например , ΔН o _f,298(Н₂О(ж)) = — 285,83 кДж/моль соответствует изменению энтальпии в процессе

при Т = 298,15 К и Р = 1 атм.

Стандартная энтальпия образования простых веществ равна нулю по определению (для наиболее устойчивых их модификаций при данной температуре).

Стандартной энтальпией сгорания ΔН o _сгор,298 называют энтальпию сгорания вещества (обычно 1 моль), находящегося в стандартном состоянии с образованием СО_2(г), Н₂О_(ж) и других веществ, состав которых должен быть специально указан. Все продукты сгорания также должны находиться в стандартном состоянии.

Видео:Основы химической термодинамикиСкачать

Примеры решения задач

Задача 1. Используя справочные термодинамические данные вычислить ΔН o ₂₉₈ реакции:

Решение. Решим задачу, используя оба следствия из закона Гесса. Ниже для исходных веществ и продуктов реакции приведены значения энтальпий образования и сгорания в кДж/моль (энтальпия сгорания сероводорода до SO_2(г) и H₂O_(ж)):

Cогласно первому следствию закона Гесса энтальпия этой реакции ΔН о _х.р. равна:

В соответствии со вторым следствием закона Гесса получаем:

ΔН о _х.р.,298 = 2ΔН о _сгор,298(H₂S(г)) = 2(-562,10) = — 1124,20 кДж.

Задача 2. Вычислите ΔН о ₂₉₈ реакции N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г), используя следующие данные:

Определите стандартную энтальпию образования NH₃(г).

Решение. Поскольку с термохимическими уравнениями можно производить все алгебраические действия, то искомое уравнение получится, если:

• • • разделить на два тепловой эффект первого уравнения и изменить его знак на противоположный, т.е:

• • • умножить на 3/2 второе уравнение и соответствующую ему величину δН o , изменив ее знак на противоположный:

Таким образом, тепловой эффект реакции N_2(г) + 3H_2(г) = 2NH_3(г) равен:

Δ Н о ₂₉₈ = (- ΔН о ₁/2) + (- 3/2·ΔН о ₂) = 765,61 + (- 857,49) = — 91,88 кДж.

Поскольку в рассматриваемой реакции образуется 2 моль NH_3(г), то

ΔН о _f,298(NH_3(г)) = — 91,88/2 = — 45,94 кДж/моль.

Задача 3. Определите энтальпию процесса

если при 298,15 К энтальпия растворения CuSO_4(к) в n моль Н₂О с образованием раствора CuSO₄(р-р, nH₂O) равна –40, а энтальпия растворения CuSO₄·5H₂O_(к) с образованием раствора той же концентрации равна +10,5 кДж/моль.

Решение. Составляем цикл Гесса:

ΔН о ₁ = ΔН о ₂ + ΔН о _х (по закону Гесса). Отсюда получаем:

ΔН о _х = ΔН о ₁ – ΔН о ₂ = – 40,0 – 10,5 = -50,5 кДж.

Другой вариант решения.

По закону Гесса: ΔН о ₁ = ΔН о _х+ ΔН о ₃, т.е. при сложении уравнений (2) и (3) получим уравнение (1).

Задача 4. Вычислите энтальпию образования химической связи С= С в молекуле этилена, если его стандартная энтальпия образования равна 52,3 кДж/моль, энтальпия возгонки графита составляет 716,7 кДж/моль, энтальпия атомизации водорода равна +436,0 кДж/моль, энтальпия образования связи С–Н равна –414,0 кДж/моль.

Решение. Составляем цикл Гесса:

ΔН о _{(С = С)} = 52,3 — 2·716,7 — 2·436,0 + 4·414,0 = — 597,1 кДж/моль.

Видео:Внутренняя энергия и энтальпия. Расчет энтальпии. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Задачи для самостоятельного решения

1. Составьте уравнение реакции, для которой ΔН о соответствует стандартной энтальпии образования ВaCl₂·2H₂O_(к).

🔍 Видео

Закон Гесса и изменение энтальпии реакцииСкачать

Химия ЦТ | Задачи по термохимическим уравнениямСкачать

Тепловой эффект реакции. ЗадачиСкачать

Энтропия. 10 класс.Скачать

Тепловой эффект хим. реакции. Часть 2: расчётнаяСкачать

Термохимия, энтальпия | Основные понятия | Олимпиадные задачи по химииСкачать

Количество теплоты, удельная теплоемкость вещества. 8 класс.Скачать

78. Тепловой эффект реакции. Термохимические уравнения (часть 1)Скачать

Экзо- и эндотермические реакции. Тепловой эффект химических реакций. 8 класс.Скачать