Лекция. Закон Гесса. Уравнение Кирхгофа. Примеры решения задач

Закон Гесса. Уравнение Кирхгофа

Закон Гесса. Уравнение Кирхгофа

 

Применение первого закона термодинамики к химическим процессам относится к самостоятельному разделу науки – термохимии, с помощью которой оказалось возможным решение таких практически важных вопросов, как определение тепловых эффектов реакций и их зависимости от параметров, при которых реакции протекают.

Любой химический процесс может быть при необходимых условиях доведен до некоторого, внешне стабильного состояния равновесия. Для одной и той же реакции состояние равновесия зависит от ряда условий и прежде всего от температуры [1, 2].

Химические реакции можно разделить на экзотермические, протекают с выделением тепла, и эндотермические – с поглощением тепла.

Под тепловым эффектом реакции понимается количество тепла, выделяющееся (экзотермические реакции) или поглощающегося (эндотермические реакции) при неизменных параметрах v и Т или при неизменных р и Т, и при условии, что системой может производиться только работа расширения (dA=pdv)

Применим первый закон термодинамики для анализа химических реакций, проходящих при v=constили p=const:



Из приведенных уравнений можно видеть, что тепловой эффект изохорно-изотермической реакции определяется изменением внутренней энергии системы, а тепловой эффект изобарно-изотермической реакции – изменением энтальпии системы. В основе термохимии лежит закон Гесса.

Закон Гесса:

тепловой эффект реакции, состоящей из нескольких промежуточных стадий не зависит от этих промежуточных стадий или их последовательности, а определяется начальным и конечным состоянием системы

---

.

Важной характеристикой любого сложного вещества является его стандартная теплота образования из простых веществ:

Эти теплоты приводятся в справочной литературе (например, Справочник по химии Л.И. Блинов и др., [3]).

Все вещества находятся в стандартном состоянии при р=1 атм и Т=298К. Теплота образования вещества при стандартных условиях обозначается так:                          (см. таблицу ).

Следствия из закона Гесса.

1 Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции.

2. Тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов (ν_i):



3. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания исходных веществ и продуктов реакции, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν_i):

 





Связь между тепловыми эффектами

реакцииQ_p и Q_v

 

Если газообразные реагирующие вещества можно считать идеальными газами, то между изохорическим и изобарическим тепловым эффектами существует связь:



                      - изменение числа молей газообразных веществ в ходе реакции



Пример 1.

Определить тепловой эффект реакции

---

 

CO_(г)+0.5O_{2 (г)}=CO_{2 (г)}

 

при постоянном давлении Q_pи температуре Т=293 К, если тепловой эффект этой реакции при постоянном объеме и той же температуре Q_v= –284  кДж.

 Решение:

Изменение числа молей газообразных продуктов в ходе реакции:



Тогда



Реакция сопровождается уменьшение газообразных участников реакции

 

∆ν= – 0,5.

При этом δA<0, Q_p>Q_v..

 

Пример 2.

Определить разность тепловых эффектов Q_p и Q_v реакции

 

2C_(т)+O_{2 (г)}=2CO _(г),

 

если она протекает при 0˚С. Газы считать идеальными.

 

Решение:

Q_p–Q_v=∆ν∙RT, ∆ν=2 – 1=1,

 

Q_p–Q_v=8,31∙273,15≈2,27 кДж.

Следует отметить, что ∆ν = + 1, происходит увеличение объема газообразных веществ в ходе реакции. При этом δA>0, Q_p<Q_v..

 

Уравнение Кирхгофа

 

При решении практических задач бывает необходимо знать тепловые эффекты реакций при высоких температурах, в то время как таблицы термохимических величин содержат стандартные тепловые эффекты, относящиеся к температуре 25 ºС (298 К). Согласно первому началу термодинамики можно определять зависимость тепловых эффектов от температуры и произвести соответствующие пересчеты.

Изменение теплового эффекта химической реакции в зависимости от температуры  выражается уравнением Кирхгофа



где   – разность сумм молярных изобарных теплоемкостей
продуктов реакции и исходных веществ, взятых с учетом стехиометрических
коэффициентов



Пример 3.

Определить        

---

                 реакции

H_{2 (г)}+0.5 O_{2 (г)}=H₂0_(г)

при Т=2273 К, если известны тепловой эффект реакции при Т₁=273 К  кДж/моль и средние теплоемкости веществ (кДж/(моль К) при Т=2273 К:



Решение:

Согласно уравнению Кирхгофа

  

 

Пример 4.

Исходя из теплоты образования CO_{2 (г)} 



и термохимического уравнения

C_гр+2N₂O _(г) =CO_{2 (г)}+2N_{2 (г)},  ∆H= –557.3 кДж

Вычислить теплоту образования N₂O _(г .



 

---

Смотрите также файлы

• осенние листья.docx

• Программам основного общего образования в форме основного государственного экзамена (огэ) Кодификатор.pdf

• Закон термодинамики. The first law of thermodynamics Уравнение первого закона термодинамики. Теплоемкость газов. Термодинамические процессы идеальных газов. Первый закон термодинамики в общем случае записывается так.docx

• Тема урока Как сформировалась биполярная система мира Основная идея охарактеризовать противостояние военнополитических блоков нато и овд.docx

• Кейсы Кейс Организационная культура компании levi strauss.docx