Тема 5 Энергетика химических процессов

При расчетах смотрите таблицу 2.

Науку о взаимных превращениях различных видов энергии друг в друга называют термодинамикой. Любые процессы, происходящие в системе, сопровождаются изменением внутренней энергии реагирующих веществ (U). Если внутренняя энергия уменьшается (ΔU<О), то реакция протекает с выделением энергии (экзотермические реакции). Если ΔU>О, то процесс сопровождаются поглощением энергии из внешней среды (эндотермические реакции)

При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии. Теплота Q, поглощенная системой, идет на изменение внутренней энергии ΔU, и на совершение работы А:

Q = ΔU + А,

где Q - количество теплоты, А - работа, совершенная системой.

Если реакция протекает при постоянном объеме (ΔV = О), то работа расширения системы А = рΔV. Если при этом не совершаются и другие виды работы, то ΔU = Q, где Q – тепловой эффект реакции, (т.е. количество поглощенной системой теплоты) протекающей при постоянном объеме.

Чаще всего реакции идут с изменением объема, но при постоянном давлении р. В этом случае пользуются не внутренней энергией (Q), а энтальпией Н, которая определяется соотношением

Н = U+ рΔV

ΔН = ΔU + рΔV,

т.е изменение энтальпии равно сумме изменения внутренней энергии (ΔU) и совершенной системой работы ( рΔV).

Энтальпия есть функция состояния системы. Ее изменение определяется только начальным и конечным состояниями системы и не зависит от пути перехода.

Термохимические расчеты основаны на законе Гесса:

Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.

Следствие из закона Гесса:

Изменение энтальпии химической реакции (ΔНхр) равно сумме теплот образования ΔН образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

ΔНх.р. = Σ νΔН⁰₂₉₈ (продуктов) - Σ ν ΔН⁰₂₉₈ (исходных)

Пример 1. Пользуясь данными таблицы стандартных энтальпий образования, вычислите ΔНх.р. реакции

2 Mg(к) + СО₂(г) = 2 MgO(к) + C(графит)

Решение: По данным таблицы: ΔН⁰₂₉₈обр. (СО₂(г)) = - 393,5 кДж/моль, ΔН⁰₂₉₈обр.MgO(к) = - 601,8 кДж/моль, (стандартные энтальпии образования простых веществ равны нулю). Отсюда находим:

ΔН⁰₂₉₈ х.р.= 2ΔН⁰_298обр. МgO - ΔН⁰_298обр. СО₂ = 2 *(- 601,8) + 393,5 = - 810,1 кДж

Пример 2. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением С₂Н₅ОН_(ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) +3Н₂О(_ж)); = ?

Вычислить тепловой эффект реакции, если известно, что молярная энтальпия парообразования С₂Н₅ОН_(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования веществ, участвующих в этой реакции (табл. 2), а для этанола изменение энтальпии образования составляет кДж/моль.

Решение. Для определения реакции необходимо знать теплоту образования этанола С₂Н₅ОН_(ж):

С₂Н₅ОН_(ж) = С₂Н₅ОН_(г); = +42,36 кДж/моль.

Запишем на основании следствия из закона Гесса:

.

Подставив численные значения, получим .

Отсюда легко рассчитать

Таким образом, теперь имеются все данные для расчета теплового эффекта реакции:

кДж.