Решение

Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также численное значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических реакциях, если это специально не оговорено, указывается значения тепловых эффектов при постоянном давлении Q_p, равные изменению энтальпии системы ∆_rH.

Значение ∆_rH приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой с запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния веществ: г – газообразное, ж – жидкое, к – кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно. Если в результате реакции выделяется теплота, то ∆_rH < 0.

Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

PCl_5(к) + H₂O_(г) = POCl_3(ж) + 2HCl_(г); ∆_rH = -111,4 кДж.

Пример 2: Вычислите теплоту образования аммиака, исходя из реакции:

2NH_3(г) + 1,5O_2(г)N_2(г) + 3H₂O_(ж) _rH = -766кДж

Теплота образования воды равна –286, 2 кДж/моль

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 градусов Цельсия (298 К) и 1,013  10⁵ Па, и обозначают через .

Согласно следствия закона Гесса (тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов)

_rH = .

Отсюда находим

.

Так как теплоты образования простых веществ в стандартном состоянии равны нулю, следовательно

Пример 3. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением.

C₂H_6(г) + 3½O₂ = 2CO_2(г) + 3H₂O_(ж); ∆_rH = -1559,87 кДж.

Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования CO₂(г) и H₂O(ж) (табл.5).

Решение

Необходимо вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид

2С_{(графит)} + 3H_2(г) = C₂H_6(г); ∆_rH=?

Исходя из следующих данных:

а) C₂H_6(г) + 3½O_2(г) = 2CO_2(г) + 3 H₂O_(ж); ∆_rH = -1559,87 кДж.

б) С_{(графит)} + O_2(г) = CO_2(г); ∆_rH = -393,51 кДж.

в) H_2(г) + ½O₂ = H₂O_(ж); ∆_rH = -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 (в) – на 3 , а затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения (а):

C₂H₆ + 3½O₂ – 2С – 2O₂ – 3H₂ – 3/2O₂ = 2CO₂ + 3H₂O – 2CO₂ – 3H₂O

∆_rH = -1559,87 – 2  (-393,51) – 3  (-285,84);

∆_rH = -1559,87 + 787,02 + 857,52; C₂H₆=2С+3H₂;

∆_rH = +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:

∆_rH =2 + 3 – – 3½

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

= 2 + 3 – ∆_rH

= 2  (-393,51) + 3  (-285,84) + 1559,87;

= -84,67 кДж.

Пример 4. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением: C₂H₅OH_(ж) + 3O_2(г) = 2СО_2(г) + 3Н₂О_(ж); ∆_rH = ?

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная (молярная) теплота парообразования C₂H₅OH_(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: C₂H₅OH_(ж); CO_2(г); H₂O_(ж) (см. табл. 5).