Физическая химия. Учебное пособие. Килимник А.Б. - 6 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Итак, тепловой эффект реакции Q
v
равен изменению внутренней энергии системы, то есть её свойства, и потому не
зависит от пути проведения процесса. Например, аммиак можно получить из водорода и азота различными путями, но
тепловой эффект реакции (при V = const, T = const) будет одинаков – в этом и заключается смысл основного закона тер-
мохимии.
Рассмотрим теперь процесс в изобарно-изотермных условиях.
В этом случае реакция протекает с изменением объёма системы и совершением работы расширения или сжатия системы:
A = P(V
2
– V
1
).
Согласно первому закону термодинамики,
Q
p
= U
2
– U
1
+ P(V
2
– V
1
).
Перегруппируем члены этого уравнения следующим образом:
Q
p
= (U
2
+ PV
2
) – (U
1
+ PV
1
).
Сумма внутренней энергии и произведения давления на объём является свойством системы и называется энтальпией
(теплосодержанием):
H ≡ U + PV.
Поскольку любому состоянию можно приписать определённые значения U, P и V, то и энтальпия в любом из со-
стояний будет иметь вполне определённое значение. Таким образом, тепловой эффект химической реакции в изобарных
условиях можно представить в виде изменения свойства системы – энтальпии:
Q
p
= H
2
– H
1
= ∆H,
где H
1
– энтальпия исходных веществ, H
2
– энтальпия продуктов реакции.
Итак, Q
p
так же, как и Q
v
, не зависит от пути проведения процесса. Физический смысл энтальпии состоит в следую-
щем: разность энтальпий в двух состояниях системы равна тепловому эффекту изобарно-изотермного процесса.
В 1836 году Г.И. Гесс на основе экспериментальных данных о тепловых эффектах химических реакций установил
основной закон термохимии (выведенный выше аналитически):
Тепловой эффект химической реакции при постоянном объёме или постоянном давлении не зависит от пути прове-
дения реакции, а определяется только родом начальных и конечных веществ и их состоянием.
Различают теплоты процессов: образования (∆H
f
), сгорания (∆H
сг.
), фазового перехода (∆H
исп.
, ∆H
пл.
).
Закон Гесса позволяет вычислять тепловые эффекты реакций. Тепловой эффект химической реакции может быть
рассчитан с использованием значений теплоты образования или теплоты сгорания химических веществ в соответствии со
следствиями закона Гесса.
Следствие 1. Тепловой эффект химической реакции равен сумме энтальпий образования продуктов реакции за вы-
четом суммы энтальпий образования исходных веществ.
Следствие 2. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм энтальпий сгорания исходных веществ и
продуктов реакции.
При использовании закона Гесса необходимо учитывать стехиометрические коэффициенты уравнения химической
реакции. Например, для химической реакции 2A + 3B = C + 2D получим
Q
p
= (∆H
f, C
+ 2∆H
f, D
) – (2∆H
f, A
+ 3∆H
f, B
).
Тепловые эффекты существенно зависят от температуры и в меньшей степени – от давления. Сопоставлять теп-
ловые эффекты можно лишь при одинаковых условиях, например стандартных.
Стандартные условия: P = 1
атм = 101,3 кПа; T = 298,15
К.
o
298,f
H∆
– стандартное изменение энтальпии.
На практике почти исключительно используются значения энтальпии химической реакции, то есть теплового эф-
фекта при постоянном давлении. Однако экспериментально тепловые эффекты определяют в калориметрической бомбе
при постоянном объёме
Q
v
. Полученные данные можно использовать для расчёта энтальпии:
∆H = ∆U + ∆νRT,
где ∆ν – изменение числа молей в химической реакции.
Разница между значениями тепловых эффектов при постоянном давлении и объёме составляет примерно 2,5
кДж/моль при изменении числа молей в химической реакции на один моль.

Страницы