Термохимия – это раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций.

Тепловой эффект химической реакции может быть найден, как разность между суммой теплот сгорания исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции, с учетом стехиометрических коэффициентов.

DН_х..р. = SDН⁰_{298(сгор)} исходных веществ– SН⁰_{298(сгор)} продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов.

S - греческая буква сигма, обозначающая математическую операцию суммирования.

Задача: Определить стандартную энтальпию образования DН⁰_обр (РН₃), исходя из уравнения.

2РН₃(г) + 4О₂(г) = Р₂О₅(к) + 3Н₂О (ж), DН_х.р = -2360 кДж.

Решение:

DН_{х. р.} = [DН⁰_обр (Р₂О₅(к)) +3DН⁰_обр (Н₂О (ж))] - 2DН⁰_обр (РН₃);

2DН⁰_обр (РН₃)= [DН⁰_обр (Р₂О₅(к))+3DН⁰_обр (Н₂О (ж))] - DН⁰_{х. р.},

DН⁰_обр (Р₂О₅(к)) = -1492 кДж/моль, DН⁰_обр (Н₂О (ж)) = -285,8 кДж/моль.

2DН⁰_обр (РН₃)= [(-1492 + 3(-285,8))] – (-2360)= 10.6 кДж/моль.

DН⁰_обр (РН₃)= 10,6/2=5,3 кДж/моль.

(т) - твердое агрегатное состояние, (ж)-жидкое агрегатное состояние, (г)- газообразное агрегатное состояние.

Не только химические, но и физико-химические процессы могут сопровождаться выделением или поглощением теплоты.

Растворение веществ.

Если вещество находится в твердом состоянии, то процесс можно представить в две стадии:

Вещество с кристаллической структурой

DН⁰_кр

молекулы сольватированные молекулы

DН⁰_сольв.

На первой стадии разрушается кристаллическая решетка, обычно это эндотермический процесс (DН⁰_кр>0). На второй – происходит сольватация (гидратация, если растворитель вода) молекул вещества, это экзотермический процесс (DН⁰_сольв<0). Результирующая теплота растворения DН⁰_раств = DН⁰_кр + DН⁰_сольв может иметь как положительный, так и отрицательный знак.

При растворении газов отсутствует стадия разрушения кристаллической решетки. Остается экзотермическая сольватация. Поэтому растворение газов, как правило, экзотермично.

При растворении кристаллогидратов отсутствует стадия сольватации. Остается лишь эндотермическое разрушение кристаллической решетки. Процесс идет с поглощением теплоты.

В качестве примера рассмотрим:

1.Растворение безводной соли CuSO₄ (т) сульфата меди:

CuSO₄(т) ® CuSO₄(ж)® CuSO₄ ^. 5 H₂O.

DН⁰_кр = +11,7 кДж/моль; DН⁰_сольв = -78,2 кДж/моль;

DН⁰_раств = 11,7 – 78,2 = -66,5 кДж/моль

2.Растворение кристаллогидрата CuSO₄ ^. 5 H₂O

1. CuSO₄ ^. 5 H₂O (т) ® CuSO₄ ^. 5 H₂O (ж)

DН⁰_раств = DН⁰_кр = +11,7 кДж/моль.

Реакция нейтрализации.

Сильные кислоты и основания в растворе диссоциированы полностью, и поэтому теплота реакции нейтрализации (не зависимо от природы реагирующих веществ) одна и та же.

Рассчитаем ее:

Н⁺ (ж) + ОН^- (ж) ® Н₂О (ж)

DН⁰_обр. кДж/моль 0 -230 -285.8

DН⁰_нейтр. = -285.8 + 230 = -55.8 кДж/моль.

Если же в подобной реакции участвует слабый электролит, то процесс можно записать в две стадии:

ОН^-

НА ® Н⁺ + А^- ® А ^- + Н₂О

DН⁰_дис. DН⁰_нейтр.

Первая стадия – это ионизация слабого электролита. Она обычно является эндотермической, когда для полной ионизации всех молекул слабого электролита требуется передать веществу теплоту. И чем слабее кислота, тем больше надо теплоты.

Итак, в реакции нейтрализации, идущей с участием слабого электролита, результирующее выделение энергии оказывается меньше, чем в случае сильного электролита.