Термохимические расчетыЗакон Гесса. Тепловой эффект химической реакции зависит от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути реакции, т.е. от числа и характера промежуточных стадий. + О2(г)
СО(г)
Например, процесс окисления углерода С(тв) до СО2(г) можно осуществить как через стадию непосредственного сгорания углерода до углекислого газа с тепловым эффектом ∆Н (путь I), так и через стадию образования промежуточного продукта − окиси углерода − СО(г) с тепловым эффектом ∆Н 1, с последующим окислением СО(г) до СО2(г) с тепловым эффектом ∆Н 2 (путь II) в соответствии с уравнениями реакций: С(тв) + О2(г)
С(тв) + ½О2(г) СО(г) + ½О2(г) -------------------------------------------------- С(тв) + О2(г) Из сопоставления тепловых эффектов реакций следует, что ∆Н = ∆Н 1+ ∆Н 2, т.е. каким бы путем не осуществлялась реакция, ее тепловой эффект будет одинаков, если не меняется конечное и исходное состояния системы. Закон Гесса позволяет рассчитать энтальпию химических реакций. Энтальпия химической реакции ∆Н о298,реакции равна разнице суммы стандартных энтальпий образования продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов: ∆Н о298,реакции=∑ ∆Н о298,продукты реакции –∑ ∆Н о298,исходные вещества. В общем случае, для реакции в стандартных условиях аА(г) + bВ(г) → сС(г) + dD(г), ∆Н о298,реакции =[c ∆Н оC(г)+d ∆Н оD(г)]−[a∆НоA(г)+b ∆Н оB(г)], кДж, где ∆Н о298,реакции – энтальпия химической реакции, кДж; ∆Н оА(г), ∆Н оВ(г), ∆Н оС(г), ∆Н оD(г)) – стандартные значения энтальпий образования веществ, участвующих в реакции, кДж/моль; а, b, c, d – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции. Можно также рассчитать значение стандартной энтальпии образования одного из исходных веществ или продуктов, если известны энтальпии образования остальных реагентов и энтальпия химической реакции. Например, для реакции аА(г) + bВ(г) → сС(г) + dD(г), ∆Н о298,реакции>0. ∆Н оA(г) =c ∆Н оC(г)+d ∆Н оD(г)−b ∆Н оB(г)− ∆Н о298,реакции, кДж/моль А(г). Зная теплоты образования веществ, можно определить и их теплоты разложения по закону Лавуазье-Лапласа: При разложении сложного вещества на простые поглощается (или выделяется) столько же теплоты, сколько выделяется (или поглощается) при его образовании из простых веществ в тех же условиях. Так, если Н2О(г) → Н2(г) + ½О2(г), ∆Н о298,реакции=241,8 кДж, то Н2(г) + ½О2(г) → Н2О(г), ∆Н о298,реакции=−241,8 кДж. 3.7. Понятие об энтропии и второй закон термодинамики Первый закон термодинамики позволяет определить тепловые эффекты химических реакций (но не направление реакций в данных условиях). Датский химик Ю. Томсен, а затем французский химик М. Бертло высказали предположение о том, что химические процессы самопроизвольно идут только с выделением теплоты, т.е. с уменьшением энтальпии системы (с экзотермическим эффектом, ∆Н < 0). Однако известно много примеров, когда химические реакции самопроизвольно протекают с поглощением теплоты, и, более того, одни и те же реакции в зависимости от условий могут идти как в прямом, так и в обратном направлениях. Решить вопрос о направлении химической реакции в данных условиях можно на основании закономерностей, вытекающих из второго закона термодинамики (и, в первую очередь, представления о термодинамической функции состояния, называемой энтропией).
|
СО2(г), ∆Н (I)
