Термохимические расчеты
Тепловой эффект реакции зависит от природы и состояний исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути реакции, т.е. от числа и характера промежуточных стадий. Это закон Гесса, рамки действия которого ограничены изобарно-изотермическими и изохорно-изотермическими процессами.
Закон Гесса позволяет рассчитать энтальпию химических реакций. Согласно следствию из закона Гесса энтальпия химической реакции равна сумме энтальпий образования веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.
Стехиометрическими называют коэффициенты в уравнениях химических реакций. Например, тепловой эффект реакции
bB + dD = lL + mM
рассчитывается по уравнению
DH1 = lDHfL + mDHfM - dDHfD - bDHfB.
Так как энтальпия химической реакции возникает вследствие разрушения одних и образования других химических связей, то по известным значениям химических связей можно рассчитать энтальпию реакции или по известной энтальпии реакции – энергии связей.
Энергия кристаллической решетки равна энергии, необходимой для разрушения решетки на ионы и удаления ионов на расстояние, при котором они не притягиваются друг к другу. Ее значение невозможно определить экспериментально, однако можно рассчитать, используя закон Гесса.
Тепловой эффект реакции окисления кислородом элементов, входящих в состав вещества, называется теплотой сгорания этого вещества DН°cг.
Расчет теплоты сгорания проводится с использованием закона Гесса. Например, теплоту сгорания этанола при 298 К
С2Н5ОН(ж) + 3О2 = 2СО2 + 3Н2О(г)
можно рассчитать по уравнению
DН°cг1С2Н5ОН = 2DН°fСО2 + 3DНfH2О(г) – 2DНfС2Н5ОН ,
значения DН°f берутся из справочной литературы.
В технических расчетах используют удельную теплоту сгорания Qт, которая равна количеству теплоты, выделяющейся при сгорании 1 кг жидкого или твердого и 1 м3 газообразного вещества:
Qт = -DНсг×1000/м или -Qm×= -DНсг 1000/22,4 ,
где М – масса моля вещества;
22,4 л – объем моля вещества.
Во многих случаях расчет теплового эффекта химической реакции невозможен, и его определяют экспериментально с помощью калориметров, представляющих собой теплоизолированный сосуд, в котором проводится реакция. Количество теплоты, получаемое в ходе реакции, вычисляют по уравнению
q = [Cc + (mCв)]DT , (3.4)
где Cc – теплоемкость сосуда калориметра, Дж×К-1;
Cв – удельная теплоемкость реагирующей смеси или воды, Дж×К-1×кг-1;
m – масса реагирующей смеси или воды.
Удельной теплоемкостью С называют количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1 К.
При протекании химических реакций могут происходить фазовые и полиморфные превращения, сопровождающиеся энергетическими эффектами.
Процессы перехода твердого тела в жидкость (плавление) и газ (сублимация), жидкости в газ (парообразование), кристаллического состояния в аморфное, менее устойчивой модификации в более устойчивую являются эндотермическими. Обратные процессы – кристаллизации, конденсации, перехода аморфного состояния в кристаллическое - протекают экзотермически.
Дата добавления: 2021-11-16; просмотров: 297;