Термохимия

Термохимия – раздел термодинамики, который изучает тепловые эффекты физических и химических процессов.

Любые процессы чаще всего сопровождаются выделением или поглощением теплоты, то есть тепловым эффектом.

Экзотермическая реакция – это реакция, протекающая с выделением теплоты от системы в окружающую среду (например: реакции окисление, галогенирование, полимеризации).

Эндотермическая реакция – это реакция, протекающая с поглощением теплоты из окружающей среды в систему (например: реакции восстановление, дегидрирование, пиролиз).

Для экзотермических реакций Q< 0

Для эндотермических Q > 0.

В термохимии используются такие понятия, как:

Изохорный тепловой эффект Q_v = DU.

Изобарный тепловой эффект Q_p = DH.

Взаимосвязь Q_p и Q_v выражается следующей формулой Q_p = Q _v + DпRT или

Q_р = Q _v + РDV

Dп для реакции аА + bB ® сС + dD рассчитывается

D п = (с + d) – (a + b), учитываются только газообразные вещества.

Для расчётов используют:

1) Стандартный тепловой эффект – теплота химического процесса при стандартных условиях (Т = 298К, Р = 101325 Па), с образованием 1 моль продукта реакции.

2) Стандартную теплоту образования – это тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества из простых веществ при стандартных условиях.

Q_р,m°^,обр = DН _m °^,обр, так как Р = const.

DН _m °^,обр(простых веществ: О₂, Al, S) = 0

3) Стандартную теплоту сгорания – это тепловой эффект реакции взаимодействия 1 моль вещества с газообразным кислородом при стандартных условиях, с образованием высших оксидов.

Q_р,m°^,сг = DН _m °^,сг, так как Р = const.

Эти величины – справочные, но можно рассчитать по формуле Коновалова.

DН _m °^,сг= -(408,4n + 44,4m + åx); кДж/моль

n – количество кислорода (моль), необходимое для полного сгорания 1 моль вещества.

m – количество воды (моль), которое образуется в ходе реакции.

åх – сумма термических характеристик межатомных связей молекулы вещества (справочные величины). Приложение № 2

Основной закон термохимии – закон Гесса:

Суммарный тепловой эффект реакции не зависит от промежуточных состояний и пути перехода, а зависит только от начального и конечного состояния системы.

Следствия:

1) Тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции минус сумма теплот образования исходных веществ с учётом коэффициентов всех участников реакции.

Например: для реакции в общем виде.

аА + bB = сС + dD

А, В - исходные вещества;

С, D - продукты реакции.

a, b, c, d – коэффициентов в уравнении реакции.

Q_p,x = DH_x = (сDН _m °^,обр С + dDН _m °^,обр D) – (aDН _m °^,обр A + bDН _m °^,обр B)

2) Тепловой эффект реакции равен сумме теплот сгорания исходных веществ минус сумма теплот сгорания продуктов реакции с учётом коэффициентов всех участников реакции.

Q_p,x = DH_x = (аDН _m °^,сг А + bDН _m °^,сг B) – (cDН _m °^,сг С + dDН _m °^,сг D).

Тепловой эффект реакции зависит от температуры процесса. Эта зависимость описывается законом Кирхгофа:

DН_х^T = DH°_х + DC^°_p (T-298)

DН_х^T - тепловой эффект реакции при заданной Т

DH°_х – стандартный тепловой эффект

DC°_p – изменение стандартной теплоёмкости системы или температурный коэффициент теплового эффекта реакции.

DC°_р = (с С°_m,_р С + d С°_m,_р D) – (a С°_m,_р A + b С°_m,_р B)

Проанализируем закон Кирхгофа:

Если DC°_р>0, то тепловой эффект экзотермической реакции при увеличении температуры уменьшается;

Если DC°_р<0, то тепловой эффект экзотермической реакции при увеличении температуры увеличивается;

Если DC°_р=0, то тепловой эффект реакции не зависит от температуры.

Дата добавления: 2014-11-18