Стандартные теплоты (энтальпии) образования некоторых веществ
| Вещество | Состояние | ΔH0298, кДж/моль | Вещество | Состояние | ΔH0298, кДж/моль |
| C2H2 | г | +226,75 | CH3OH | г | -201,17 |
| CS2 | г | +115,28 | C2H5OH | г | -235,31 |
| NO | г | +90,37 | H2O | г | -241,83 |
| C6H6 | г | +82,93 | H2O | ж | -285,84 |
| C2H4 | г | +52,28 | NH4CL | к | -315,39 |
| H2S | г | -20,15 | CO2 | г | -393,51 |
| NH3 | г | -46,19 | Fe2O3 | к | -822,10 |
| CH4 | г | -74,85 | TiO2 | к | -944,75 |
| C2H6 | г | -84,67 | Ca(OH)2 | к | -986,50 |
| HCl | г | -92,31 | Al2O3 | к | -1669,80 |
| CO | г | -110,52 |
Пример З. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением :
С2Н5ОН(ж) +ЗО2 (г) = 2СО2(г) +ЗН2О(ж); ΔH = ?
Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная (молярная) теплота парообразования С2Н5ОН (ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: С2Н5ОН (г); СО2(г); ЗН2О(ж)(см. табл. 1).
Решение. Для определения ΔH реакции необходимо знать теплоту образования С2Н5ОН(ж). Последнюю находим из данных:
С2Н5ОН (ж) = С2Н5ОН (г); ΔH = +42,36 кДж.
42,36= -235,31 - ΔH( С2Н5ОН (ж));
ΔH( С2Н5ОН (ж)) = -235,31 -42,36 = -277,67 кДж.
Вычисляем ΔH реакции, применяя следствия из закона Гесса:
ΔHх.р = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 277,67 = -1366,87 кДж.
Контрольные вопросы.
81. Вычислите, какое количество теплоты выделяется при восстановлении Fe2O3 металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа. Ответ: 2543,1 кДж.
82. Газообразный этиловый спирт С2Н5ОН можно получить при взаимодействии этилена С2Н4 (г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив её тепловой эффект. Ответ: - 45,76 кДж.
83. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:
FeO (к) +CO (г) = Fe (к) +CO2 (г); Δ H = -13,18 кДж.
CO (г) + 1/2 О2 (г) = CO2 (г) ; Δ H = -283,0 кДж.
Н2 (г) + 1/2 О2 (г) = Н2O (г) ; Δ H = -241,83 кДж.
Ответ: +27,99 кДж.
84. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерода CS2 (г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив её тепловой эффект. Ответ: + 65,43 кДж.
85. Напишите термохимическое уравнение реакции между CO (г) и водородом, в результате которой образуются СН4 (г) и Н2О (г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия? Ответ: + 618,48 кДж.
86. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования NO? Вычислите теплоту образования NO, исходя из следующих термохимических уравнений:
4 NH3 (г) + 5 О2 (г) = 4 NO (г) + 6 Н2О (ж); Δ Н = - 1168,80 кДж.
4 NH3 (г) + 3 О2 (г) = 2 N2 (г) + 6 Н2О (ж); Δ Н = -1530,28 кДж.
Ответ: 90,37 кДж.
87. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив её тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на н.у.? Ответ: 78,97 кДж.
88. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплоту образования метана, исходя из следующих термохимических уравнений:
H2 (г) + 1/2 О2 (г) = Н2О (ж); Δ Н = - 285,84 кДж.
С (к) + О2 (г) = СО2 (г); Δ Н = - 393,51 кДж.
СH4 (г) + 2 О2 (г) = 2 Н2О (ж) + СО2 (г); Δ Н = - 890,31 кДж.
Ответ: -74,88 кДж.
89. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:
Са (к) + 1/2 О2 (г) = СаО (к); Δ Н = - 635,60 кДж.
Н2(г) + 1/2О2 (г) = Н2О (ж); Δ Н = - 285,84 кДж.
СаО (к) + Н2О (ж) = Са(ОН)2 (к); Δ Н = - 65,06 кДж.
Ответ: -986,50 кДж.
90. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С6Н6 (ж). Ответ: +49,03 кДж.
91. Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 16,5 дм3 (н.у.) ацетилена С2Н2, если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды? Ответ: 924,88 кДж.
92. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8дм3 NO в пересчете на н.у.? Ответ: 452,37 кДж.
93. Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением
СН3 ОН (ж) + 3/2 О2 (г) = СО2 (г) + 2 Н2О (ж); Δ Н = ?
Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН3ОН (ж) равна +37,4 кДж. Ответ: -726,62 кДж.
94. При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж теплоты, Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н5ОН (ж). Ответ: -277,67 кДж/моль.
95. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением
С6Н6 (ж) + 7 ½ О2 (г) = 6 СО2 (г) + 3 Н2О (г); Δ Н = ?
Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж. Ответ: -3135,58 кДж.
96. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моль этана С2Н6 (г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделяется при сгорании 1 м3 этана в пересчете на н.у.?
Ответ: 63742,86 кДж.
97.Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением
4NН3 (г) + 3 О2 (г) = 2 N2 (г) + 6 Н2О (ж); Δ Н = -1530,28 кДж.
Вычислите теплоту образования NH3 (г). Ответ: - 46,19 кДж/моль.
98.При взаимодействии 6,3г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS. Ответ: - 102,81 кДж/моль.
99.При сгорании 1 дм3 ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н2 (г). Ответ 226,75 кДж/моль.
100. При получении эквивалентной массы гидроксида кальция из СаО (к) и Н2О (ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: -635,6 кДж.
Химическое сродство
Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.
Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре проходит с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации), к уменьшению H; с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.
Энтропия S, так же как внутренняя энергия U, энтальпия Н, объем V и др., является свойством вещества, пропорциональным его количеству. S, U, Н, V обладают аддитивными свойствами, т.е.свойство системы, состоящей из нескольких составных частей, равно сумме свойств составных частей этой системы. Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением скорости движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы: конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т.п., - приводят к уменьшению энтропии.
Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (Δ S) зависит только от начального (S(1)) и конечного (S(2)) состояния и не зависит от пути протекания процесса:
ΔSх.р. = ∑S(прод.) - ∑S(исх.)
Энтропия выражается в Дж/(моль × K).
Движущая сила процесса складывается из действия двух факторов: стремления системы к упорядочению (Н) и стремления её к беспорядку (TS). При P = const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают ΔG, можно найти из соотношения:
ΔG = (H(2) - H(1)) - (TS(2) - TS(1)); ΔG = ΔH - TΔS.
Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль энергии Гиббса (ΔG), которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому :
ΔGх.р = ∑ΔGобр(прод.) - ∑ΔGобр(исх.)
Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения потенциала и, в частности, в сторону уменьшения ΔG. Если ΔG < 0, процесс принципиально осуществим; если ΔG >0, процесс самопроизвольно проходить не может. Чем меньше ΔG, тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния равновесия, при котором ΔG = 0 и ΔH = TΔS.
Из соотношения ΔG = ΔH - TΔS видно, что самопроизвольно могут протекать и процессы, для которых ΔH > О (эндотермические). Это возможно, когда ΔS> О, но | TΔS | > | ΔH | и тогда ΔG < 0. С другой стороны, экзотермические реакции(ΔH< 0) самопроизвольно не протекают, если при ΔS< 0 окажется, что ΔG > 0.
Пример 1. В каком состоянии энтропия 1 моль вещества больше: в кристаллическом или в парообразном при той же температуре?
Решение. Энтропия есть мера неупорядоченности состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) расположены упорядочение и могут находиться лишь в определенных точках пространства, а для газа таких ограничений нет. Объем 1 моль газа гораздо больше, чем объем 1 моль кристаллического вещества; возможность хаотичного движения молекул газа больше. Так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия 1 моль паров вещества больше энтропии 1 мольего кристаллов при одинаковой температуре.
Таблица 2