Стандартные теплоты (энтальпии) образования DHо298 некоторых веществ

Вещество	Состояние	DH^о₂₉₈, кДж/моль	Вещество	Состояние	DH^о₂₉₈, кДж/моль
С₂H₂	г	+226,75	CO	г	-110,52
CS₂	г	+115,28	CH₃OH	г	-201,17
NO	г	+90,37	C₂H₅OH	г	-235,31
C₆H₆	г	+82,93	H₂O	г	-241,83
C₂H₄	г	+52,28	H₂O	ж	-285,84
H₂S	г	-20,15	NH₄Cl	к	-315,39
NH₃	г	-46,19	CO₂	г	-393,51
CH₄	г	-74,85	Fe₂O₃	к	-822,10
C₂H₆	г	-84,67	Ca(OH)₂	к	-986,50
HCl	г	-92,31	Al₂O₃	к	-1669,80

Пример 2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением

C₂H₆(г) + 3½O₂ = 2 CO₂(г) + 3H₂O (ж); DH_х.р = -1559,87 кДж

Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО₂(г) и Н₂О(ж) (табл. 5).

Решение. Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования 1 моль этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т.е. 25^оС (298 К) и 1,013×10⁵ Па, и обозначают через DH^о₂₉₈. Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то здесь и в дальнейшем индексы опускаются, и тепловой эффект обозначается через DН. Следовательно, нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид:

2С (графит) + 3Н₂(г) = С₂Н₆(г); DН = ?

исходя из следующих данных:

а) С₂Н₆(г) + 3 ½О₂(г) = 2СО₂(г) + 3Н₂О(ж); DН = -1559,87 кДж

б) С (графит) + О₂(г) = СО₂(г); DН = -393,51 кДж

в) Н₂(г) + ½О₂ = Н₂О(ж); DН = -285,84 кДж

На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (а) – на 3, а затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения (а):

С₂Н₆ = 3 ½О₂ – 2С – 2О₂ – 3Н₂ – 3/2О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О – 2СО₂ – 3Н₂О

DН = -1559,87 – 2(-393,51) – 3(-285,84) = +84,67 к Дж;

DН = -1559,87 + 787,02 + 857,52; С₂Н₂ = 2С + 3Н₂;

DН = +84,67 кДж

Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то = -84,67 кДж. К тому же результату придем, если для решения задачи применить вывод из закона Гесса:

Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю:

Пример 3. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением:

С₂Н₅ОН(ж) + 3О₂(г) = 2СО₂(г) + 3Н₂О(ж); DН = ?

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная (молярная) теплота парообразования С₂Н₅ОН(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: С₂Н₅ОН(г); СО₂(г); Н₂О(ж) (см. табл. 5).

Решение. Для определения DН реакции необходимо знать теплоту образования С₂Н₅ОН(ж). Последнюю находим из данных:

С₂Н₅ОН(ж) = С₂Н₅ОН(г); DН = +42,36 кДж.

+42,36 = -235,31 – ;

= -235,31 – 42,36 = -277,67 кДж.

Вычисляем DН реакции, применяя следствия из закона Гесса:

DН_х.р = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 277,67 = -1366,87 кДж.

Контрольные вопросы

81.Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении Fe₂O₃ металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа. Ответ: 2543,1 кДж.

82.Газообразный этиловый спирт С₂Н₅ОН можно получить при взаимодействии этилена С₂Н₄(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: -45,76 кДж.

83.Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:

FeO(к) + СО(г) = Fe(к) + СО₂(г); DН = -13,18 кДж.

СО(г) + ½О₂(г) = СО₂(г); DН = -283,0 кДж.

Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О(г); DН = -241,83 кДж.

Ответ: +27,99 кДж.

84.При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод СS₂(г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: +65,43 кДж.

85.Напишите термохимическое уравнение реакции между СО(г) и водородом, в результате которой образуются СН₄(г) и Н₂О(г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 618,48 кДж.

86.Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования NO? Вычислите теплоту образования NO, исходя из следующих термохимических уравнений:

4NH₃(г) + 5O₂(г) = 4NO(г) + 6 H₂O(ж); DН = -1168,80 кДж.

4NH₃(г) + 3O₂(г) = 2N₂(г) + 6 H₂O(ж); DН = 1530,28 кДж.

Ответ: 90,37 кДж.

87.Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия? Ответ: 78,97 кДж.

88.Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплоту образования метана, исходя из следующих термохимических уравнений:

Н₂(г) + 1/2О₂(г) = Н₂О(ж); DН = -285,84 кДж.

С(к) + О₂(г) = СО₂(г); DН = -393,51 кДж.

СН₄(г) + 2О₂(г) = 2Н₂О(ж) + СО₂(г); DН = -393,51 кДж.

Ответ: -74,88 кДж.

89.Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:

Са(к) + 1/2О₂(г) = СаО(к); DН = -635,60 кДж.

Н₂(г) + 1/О₂(г) = Н₂О(ж); DН = -285,84 кДж.

СаО(к) + Н₂О(ж) = Са(ОН)₂(к); DН = -65,06 кДж.

Ответ: -986,50 кДж.

90.Тепловой эффект какой реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С₆Н₆(ж). Ответ: +49,03 кДж.

91.Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена С₂Н₂, если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды? Ответ: 924,88 кДж.

92.При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия? Ответ: 452,37 кДж.

93.Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением:

СН₃ОН(ж) + 3/2О₂(г) = СО₂(г) + 2Н₂О(ж); DН = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН₃ОН(ж) равна +37,4 кДж. Ответ: -726,62 кДж.

94.При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С₂Н₅ОН(ж). Ответ:
-277,67 кДж/моль.

95.Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

С₆Н₆(ж) + 7¹/2О₂(г) = 6СО₂(г) +ЗН₂О(г); DН = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж. Ответ: -3135,58 кДж.

95. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моль этана С₂Н₆(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м³ этана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 63742,86 кДж.

97. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:

4NH₃(г) + 3O₂(г) = 2N₂(г) + 6Н₂0(ж); DН = -1530,28 кДж.

Вычислите теплоту образования NH₃(г). Ответ: -46,19 кДж/моль.

98.При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS. Ответ: -100,26 кДж/моль.

99.При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С₂Н₂ (г). Ответ: 226,75 кДж/моль.

100. При получении эквивалентной массы гидроксида кальция из СаО(к) и Н₂О(ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: -635,6 кДж.

Химическое сродство

При решении задач этого раздела см. табл. 5-7.

Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.

Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре проходит с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации), к уменьшению Н; с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением, а вторая – с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.

Энтропия S, так же как внутренняя энергия U, энтальпия И, объем V и др., является свойством вещества, пропорциональным его количеству. S, U, H, V обладают аддитивными свойствами, т.е. при соприкосновении системы суммируются. Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы: конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т.п., – ведут к уменьшению энтропии. Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (DS) зависит только от начального (S₁) и конечного (S₂) состояния и не зависит от пути процесса:

(2)

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка »ТDS. Энтропия выражается в Дж/(моль • К). Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух сил: стремления к упорядочению (Н) и стремления к беспорядку (TS). При р = const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают DG, можно найти из соотношения:

DG = (Н₂ – Н₁) – (TS₂ – TS₁); DG = DН – ТDS.

Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль энергии Гиббса (DG), которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому

(3)

Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения потенциала и, в частности, в сторону уменьшения DG. Если DG < 0, процесс принципиально осуществим; если DG > 0, процесс самопроизвольно проходить не может. Чем меньше DG, тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния равновесия, при котором DG = 0 и DН = ТDS.

Из соотношения DG = DН – ТDS видно, что самопроизвольно могут протекать и процессы, для которых DН > 0 (эндотермические). Это возможно, когда DS > 0, но |ТDS| > |DН|, и тогда DG < 0. С другой стороны, экзотермические реакции (DН < 0) самопроизвольно не протекают, если при DS < 0 окажется, что DG > 0.

Таблица 6.

⇐ Назад

Далее ⇒