Экзо- и эндотермические процессы

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 11Следующая ⇒

Протекание химических реакций сопровождается поглощением или выделением теплоты. Экзотермической называют реакцию, протекающую с выделением теплоты в окружающую среду, а эндотермической – с поглощением теплоты из окружающей среды.

Многие процессы в промышленности и в лабораторной практике протекают при постоянных давлении и температуре (Т=const, р=const). Энергетической характеристикой этих процессов является изменение энтальпии:

Q_P = -ΔН.

Для процессов, протекающих при постоянных объеме и температуре (Т=const, V=const) Q_V=-ΔU.

Для экзотермических реакций ΔН < 0, а в случае протекания эндотермической реакции ΔН > 0. Например,

N_2(г) + ЅO_2(г) = N₂O_(г) ; ΔН₂₉₈ = +82кДж,

CH_4(г) + 2O_2(г) = CO_2(г) + 2H₂O_(г); ΔН₂₉₈ = -802кДж.

Химические уравнения, в которых дополнительно указывается тепловой эффект реакции (величина DН процесса), а также агрегатное состояние веществ и температура, называются термохимическимиуравнениями.

В термохимических уравнениях отмечают фазовое состояние и аллотропные модификации реагентов и образующихся веществ: г – газообразное, ж – жидкое, к – кристаллическое; S_(ромб), S_{(монокл)}, С_{(графит)}, С_(алмаз) и т.д.

Термохимия; закон Гесса

Закон Гесса. Тепловой эффект реакции зависит от природы и состояния исходных вещест и конечных продуктов, но не зависит от пути реакции, т.е. от числа и характера промежуточных стадий.

Энтальпия химической реакции равна сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учётом стехиометрических коэффициентов.

Т.к. энтальпия реакции возникает вследствие разрушения одних связей и образования других, то по известным значениям энергий, можно определить энтальпию, и наоборот. Q=[C_c+(mC_в)] DT

C_c — теплоёмкость сосуда калориметра.

C_в — удельная теплоёмкость реагирующей смеси и или воды

m — масса реагирующей смеси или воды.

Тепловой эффект химической реакции. Изменение энергии системы при протекании в ней химической реакции при условии, что система не совершает никакой другой работы, кроме работы рас ширения, называется тепловым эффектом химической реакции. При постоянном давлении — это DH — энтальпия реакции. В стандартных условиях DH⁰.

Экзо-, эндотермические реакции.

Экзотермическими реакциями называют такие реакции, при которых происходит выделение теплоты. DH < 0.

Эндотермическими реакциями называют такие реакции, при которых происходит поглощение теплоты. DH >0.

Энтальпии образования веществ

Энтальпией образования называется энтальпия процесса образования вещества в данном агрегатном состоянии из простых веществ, находящихся в устойчивых модификациях. Энтальпией образования сульфата натрия, например, является энтальпия реакции:

2Na_(к) + S_(ромб) +2O_2(г) = Na₂SO_4(к).

Энтальпия образования простых веществ равна нулю.

Поскольку тепловой эффект реакции зависит от состояния веществ, температуры и давления, то при проведении термохимических расчетов условились использовать стандартные энтальпии образования – энтальпии образования веществ, находящихся при данной температуре в стандартном состоянии. В качестве стандартного состояния для веществ, находящихся в конденсированном состоянии принято реальное состояние вещества при данной температуре и давлении 101,325 кПа (1 атм). В справочниках обычно приводятся стандартные энтальпии образования веществ при температуре 25^oС (298К), отнесенные к 1 моль вещества (ΔН_f^o₂₉₈). Стандартные энтальпии образования некоторых веществ при Т=298К приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1.

Стандартные энтальпии образования (ΔН_f^o₂₉₈) некоторых веществ

Вещество	ΔН_f^o₂₉₈, кДж/моль	Вещество	ΔН_f^o₂₉₈, кДж/моль
Н₂O_(ж)	-285,8	NО_(г)	+91,3
NH_3(г)	-45,9	NО_2(г)	+34,2
СО_(г)	-110,5	NaCl_(к)	-411,1
СО_2(г)	-393,5	Na₂SO_4(к)	-1387,2
СаО_(к)	-635,1	СаСО_3(к)	-1206,8

Стандартные энтальпии образования большинства сложных веществ являются отрицательными величинами. Для небольшого числа неустойчивых веществ ΔН_f^o₂₉₈>0. К числу таких веществ, в частности, относятся оксид азота(II) и оксид азота(IV), табл.6.1.

Расчет тепловых эффектов химических реакций

Для расчета энтальпий процессов используется следствие из закона Гесса: энтальпия реакции равна сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Рассчитаем энтальпию разложения карбоната кальция. Процесс описывается следующим уравнением:

СаСО_3(к) = CaO_(к) + CO_2(г).

Энтальпия этой реакции будет равна сумме энтальпий образования оксида кальция и углекислого газа за вычетом энтальпии образования карбоната кальция:

ΔН^o₂₉₈ = ΔН_f^o₂₉₈(СаО_(к)) + ΔН_f^o₂₉₈(СО_2(г)) - ΔН_f^o₂₉₈(СаСО_3(к)).

Используя данные табл.6.1. получаем:

ΔН^o₂₉₈= - 635,1 -393,5 + 1206,8 = + 178,2 кДж.

Из полученных данных следует, что рассматриваемая реакция является эндотермической, т.е. протекает с поглощением тепла.

Реакция

CaO_(к) + CO_2(к) = СаСО_3(к)

Сопровождается выделением теплоты. Ее энтальпия окажется равной

ΔН^o₂₉₈ = -1206,8 +635,1 + 393,5 = -178,2 кДж.

Химическая кинетика и равновесие. Скорость химических реакций. Закон действия масс. Влияние температуры (закон Вант-Гоффа).

Химическая кинетика- учение о скорости хим. реакций и её зависимости от различных факторов.

Скоростью химической реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени в единице объёма (для гомогенных реакций) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенных

реакций) ,

Скорость химической реакции зависит от следующих факторов: природы и концентрации реагирующих веществ; температуры реакционной системы; наличия катализатора; давления, величины поверхности раздела фаз и скорости перемешивания системы (для гетерогенных реакций); типа растворителя.

Влияние концентрации реагентов. Скорость реакции пропорциональна числу соударений молекул реагирующих веществ. Число соударений, в свою очередь, тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ.

Общую формулировку влияния концентрации на скорость химической реакции даёт закон действия масс (1867 г., Гульдберг, Вааге, Бекетов).

При постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях их уравнительных (стехиометрических) коэффициентов.

Для реакции аА + вВ = сС V = K[A]^а[B]^в,

где К – коэффициент пропорциональности или константа скорости;

[ ] - концентрация реагента в моль/л.

Влияние температуры на скорость реакции.С ростом температуры увеличивается частота столкновения реагирующих молекул, а следовательно, увеличивается скорость реакции.

Количественно влияние температуры на скорость гомогенных реакций может быть выражено правилом Вант-Гоффа.

В соответствии с правилом Вант-Гоффа при повышении (понижении) температуры на 10 градусов скорость химической реакции увеличивается (уменьшается) в 2-4 раза: или ,гдеV(t₂) и V(t₁) – скорости химической реакции при соответствующих температурах; τ(t₂) и τ(t₁) – продолжительность химической реакции при соответствующих температурах; γ – температурный коэффициент Вант-Гоффа, который может принимать числовое значение в интервале 2-4.

Катализом называют процесс изменения скорости реакции под действием катализаторов. Катализатор – это вещество, которое изменяет скорость реакции, но не расходуется в результате реакции. Отрицательные катализаторы замедляют реакцию, связывая промежуточные молекулы. Их часто называют ингибиторами.

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 3383; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 789 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!