Энтальпия. При постоянном давлении (это большинство химических процессов) работа совершается по изменению объема системы-работы расширения

При постоянном давлении (это большинство химических процессов) работа совершается по изменению объема системы-работы расширения

А = рΔV, где

р – давление системы

ΔV – изменения объема систем.

Из первого закона термодинамики в этом случае, следует, что:

Q_р = ΔU + рΔV

ΔU = U₂ - U₁ ; ΔV = V₂ - V₁

Q_р = (U₂ – U₁) + р(V₂ – V₁)

Q_h = (U₂ + рV₂) – (U₁ + pV₁)

Сумму U + рV называют энтальпией системы и обозначают Н, следовательно, теплота, подведенная к системе при постоянном давлении расходуется на изменение энтальпии системы:

Q_р = Н₂ – Н₁ = ΔН

Абсолютное значение энтальпии системы определить невозможно и, поэтому рассчитывают изменение энтальпии ΔН. Каждая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением тепла. Количество выделенной или поглощенной теплоты называют тепловым эффектом. Изменение теплового эффекта реакции при постоянном давлении называют энтальпией реакции и обозначают ΔН.

Химические реакции, сопровождающиеся выделением тепла системой в окружающую среду, называются экзотермическими. Для экзотермических реакций энтальпия реакции имеет отрицательное значение, т.е. энтальпия образования продуктов меньше, чем энтальпия образования исходных веществ (ΔΗ < 0). Химические реакции, сопровождающиеся поглощением тепла системой из окружающей среды, называются эндотермическими. Для эндотермических реакций энтальпия реакции имеет положительное значение, т.е. энтальпия продуктов больше, чем энтальпия исходных веществ (ΔΗ > 0).

Для сравнения энтальпии /тепловых эффектов/ различных реакций значения этих величин приводят к одинаковым условиям - стандартным. В качестве стандартных условий выбрано: температура 298°К /25°С/ и давление 101,З кПа или 1 атм.

Величины ΔU и ΔН в этих условиях называют стандартными и обозначают ΔU°₂₉₈ и ΔН°₂₉₈(см. приложение, табл.3).

В термодинамике химическая реакция записывается термохимическим уравнением, в котором указываются агрегатные состояния исходных веществ и продуктов, а также приведено значение энтальпии реакции. Агрегатные состояния обозначают следующим образом: /тв/ или /к/ - твердое, /ж/ - жидкое, /г/ - газообразное.

Например: образование оксида углерода (II) из углерода и оксида углерода (IV) записывается следующим термохимическим уравнением: CО₂/г/ + С/тв/ = 2СО/г/; ΔH° = +173 кДж

Энтальпия образования простых веществ принимается равной нулю, если их агрегатные состояния и модификации при стандартных условиях устойчивы.

Например: ΔΗ°₂₉₈ графита_/тв/ = 0,0 кДж/моль

ΔΗ°₂₉₈ алмаза_/тв/ = 1,9 кДж/моль, т.е. графит является более устойчивой модификацией углерода, чем алмаз.

Энтальпия образования сложного вещества принимается равной энтальпии реакции образования этого соединения из простых веществ отнесенная к одному молю продукта реакции. Единицей измерения энтальпии образования веществ является джоуль/моль.

Например: из термохимического уравнения реакции образования оксида азота (V): 2N_2/г/ +5О_2/г/ = 2N₂О_5/г/ ΔΗ° = +22 кДж,

следует, что энтальпия образования оксида азота (V) равна:

22 /кДж/: 2/моль/ = 11 кДж/моль.

Энтальпия реакции рассчитывается по следствию закона термохимии /закон Гесса/: “Сумма энтальпий двух и более промежуточных реакций при переходе от исходного состояния к конечному состоянию равна энтальпии реакции, которая непосредственно ведет от исходного к конечному состоянию”. Таким образом, энтальпия реакции зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов, но не зависит от промежуточных состояний и пути перехода от реагентов к продуктам.

Например: процесс образования оксида углерода (IV) из углерода /графит/ может протекать двумя путями:

1 способ: С_/тв/ + О_2/г/ = СО_2/г/ ΔΗ₁°

2 способ: а) С_/тв/ + ½ О_2/г/ = СО_/г/ ΔΗ₂°

б) СО_/г/+ ½ О_2/г/ = СО_2/г/ ΔΗ₃°

С_/тв/ + О_2/г/ = СО_2/г/

Таким образом энтальпия образования СО_2/г/ равна:

ΔΗ₁° = ΔΗ₂° + ΔΗ₃°.

По следствию закона Гесса энтальпия реакциипредставляет собой разность между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических количеств веществ – числа молей (n).

ΔΗ_р = Σ(n ΔΗ)_прод. – Σ(n ΔΗ)_исх.

Например: Рассчитать стандартную энтальпию реакции:

4NН_3/г/ + 5О_2/г/ = 4NО_/г/ + 6Н₂О_/г/, где

число молей, (n): 4 5 4 6

ΔΗ°₂₉₈ (из таблицы): -46 0 +91 -242

ΔΗ°_{реакции} = [4·(+91) + 6·(-242)] - [4·(-46) + 5·(0)] = -904 кДж

Так как ΔΗ°_{реакции}< 0, данный процесс сопровождается выделением тепла, т.е. является экзотермическим.

Дата добавления: 2014-10-15