Термодинамическая функция энтальпия
Рассмотрим изобарический процесс (р = const). Система переходит из состояния 1 в состояние 2 с тепловым эффектом Qр. Для него
Q = Q р; ∆ U = U2 – U1; W = р(V2 – V1).
Отсюда
Q р = U2 – U1 + р(V2 – V1) = (U2 + р V2) – (U1 + р V1).
Выражения в скобках являются выражениями новой функции состояния, так как включают в себя U. Такая функция состояния называется энтальпиейи обозначается H: H = U + рV.
Из проведенного анализа ясно, что Qр = ∆H. Индекс «р» означает процесс при р = const.
То есть энтальпия – это функция состояния термодинамической системы, определяющая тепловой эффект изобарического процесса. Энтальпия – экстенсивная и аддитивная функция состояния.
Тепловой эффект реакции
Тепловым эффектом химической реакции называется количество теплоты, выделяющейся в экзотермических процессах или поглощающейся в эндотермических процессах при осуществлении реакции при постоянном давлении или постоянном объёме и равенстве температур начального и конечного состояний системы.
Изучением тепловых эффектов реакций занимается термохимия. Наиболее распространенным является метод работы и расчётов при постоянном давлении.
В отличие от химической термодинамики в термохимии процессы рассматриваются с точки зрения окружающей среды, а потому знаки тепловых эффектов обратные: «+» для экзотермических и
«-» для эндотермических процессов. Иными словами,
|
|
|
Qх.р= - ∆ Hх.р (или Q r = - ∆Hr).
Индекс «х.р» – химическая реакция, «r» – reaction (реакция).
При записи стехиометрических уравнений в термохимии обязательно указывается агрегатное состояние реагентов и продуктов реакции, а также тепловой эффект:
2H2Oж + 2Naтв = 2NaOHр-р + H2г + Qх.р (- ∆Hх.р).
В термохимии введено важное понятие теплоты образованияхимического соединения: это удельный тепловой эффект реакции образования сложного химического соединения из чистых простыхвеществ, находящихся в равновесном состоянии при стандартных условиях. Удельный – значит приходящийся на 1 моль вещества. Стандартные условия давление 1,013∙105 Па (1 атм) и фиксированная температура (298,15 К).
Из определения следует, что теплота образования чистых простых веществ равна нулю. Например, для реакции Cграфит + O2г =
= CO2 + Qх.р, проведенной в стандартных условиях, Qх.р = Qобр. CO2.
В результате большого объёма экспериментальных исследований составлены таблицы теплот образования для огромного количества веществ. Они представлены в виде стандартных энтальпий образования, имеющих вид: ∆fH0298A, где индекс «f» означает formation (образование), индекс «0» – стандартное состояние, 298 – температуру,
A – вещество. Последний индекс часто опускают, вынося указание на формулу вещества в шапку таблицы.
|
|
|
Величина ∆fH0298 имеет размерность кДж/моль и относится к образованию одного моляданного вещества А.
Закон Гесса. Термохимические расчеты
Тепловые эффекты химических реакций подчиняются законуГесса.
Он гласит: «тепловой эффект химической реакции определяется только начальным и конечным состоянием реакционной системы и не зависит от пути протекания процесса».
Под путем процесса понимается количество промежуточных реакций. Так, например, сгорание графита можно провести двумя путями:
1) прямым взаимодействием:
Cграфит + O2г = CO2г + Qх.р 1 ; (1)
2) через промежуточное окисление графита до монооксида углерода (угарного газа):
Cграфит + ½ O2г = COг + Qх.р 2 , (2)
COг + ½ O2г = CO2г + Qх.р 3 . (3)
В соответствии с законом Гесса, если просуммировать уравнения (2) и (3) и сравнить результат с уравнением (1), получим
Qх.р 2 + Qх.р 3 = Qх.р 1 .
С математической точки зрения закон Гесса равносилен утверждению о том, что термохимические уравнения подчиняются обычным алгебраическим правилам.
|
|
|
Закон Гесса позволяет вычислять тепловые эффекты химических реакций, которые сложно осуществить экспериментально, используя данные по реакциям, которые более доступны экспериментально. Так определены энтальпии образования большинства сложных веществ.
Важным следствием из закона Гесса является утверждение о том, что тепловой эффект химической реакции может быть вычислен как разность сумм энтальпий образования продуктов реакции и сумм энтальпий образования реагентов. Так, для реакции:
aA + bB = cC + dD + Qх.р
∆Hх.р = (c ∆fH0298 C + d ∆fH0298 D)– (a ∆fH0298 A + b ∆fH0298 B)
или
∆Hх.р = ∑ ν j ∆f HTj - ∑ ν i ∆f HTi,
где ν – стехиометрические коэффициенты уравнения, индекс «i» относится к реагентам, а индекс «j» – к продуктам реакции.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 198; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!