7. Kuhesabu athari ya joto ya majibu chini ya hali ya kawaida: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g), ikiwa joto la malezi: Fe 2 O 3 (t) \u003d - 821.3 kJ / mol; CO (g) = - 110.5 kJ / mol;

CO 2 (g) \u003d - 393.5 kJ / mol.

Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g),

Kujua athari za kawaida za joto za mwako wa vitu vya awali na bidhaa za majibu, tunahesabu athari ya joto ya mmenyuko chini ya hali ya kawaida:

16. Utegemezi wa kiwango cha mmenyuko wa kemikali kwenye joto. Utawala wa Van't Hoff. Mgawo wa joto wa majibu.

Migongano tu kati ya molekuli hai husababisha athari, nishati ya wastani ambayo inazidi wastani wa nishati ya washiriki katika majibu.

Wakati nishati fulani ya uanzishaji E inapowasilishwa kwa molekuli (nishati ya ziada juu ya wastani), nishati inayoweza kutokea ya mwingiliano wa atomi katika molekuli hupungua, vifungo ndani ya molekuli hudhoofika, molekuli huwa tendaji.

Nishati ya kuwezesha si lazima itolewe kutoka nje; inaweza kugawiwa kwa baadhi ya sehemu ya molekuli kwa kusambaza upya nishati wakati wa migongano yao. Kulingana na Boltzmann, kati ya molekuli N kuna idadi ifuatayo ya molekuli hai N   na kuongezeka kwa nishati  :

N N e – E / RT

ambapo E ni nishati ya kuwezesha, inayoonyesha ziada ya lazima ya nishati ikilinganishwa na kiwango cha wastani ambacho molekuli lazima iwe nayo ili majibu iwezekanavyo; majina mengine yanajulikana.

Wakati wa uanzishaji wa joto kwa joto mbili T 1 na T 2 uwiano wa viwango vya viwango vitakuwa:

, (2) , (3)

ambayo inakuwezesha kuamua nishati ya uanzishaji kwa kupima kiwango cha majibu kwa joto mbili tofauti T 1 na T 2 .

Kuongezeka kwa joto kwa 10 0 huongeza kasi ya majibu kwa mara 2-4 (takriban sheria ya van't Hoff). Nambari inayoonyesha ni mara ngapi kasi ya majibu (na kwa hivyo kiwango cha mara kwa mara) huongezeka na ongezeko la joto kwa 10 0 inaitwa mgawo wa joto wa majibu:

 (4) .(5)

Hii ina maana, kwa mfano, kwamba kwa ongezeko la joto kwa 100 0 kwa ongezeko la kawaida la kukubalika kwa kiwango cha wastani kwa mara 2 ( = 2), kiwango cha majibu huongezeka kwa 2 10, i.e. takriban mara 1000, na wakati  = 4 - 4 10, i.e. Mara 1000000. Kanuni ya van't Hoff inatumika kwa athari zinazotokea kwa viwango vya chini vya joto katika safu finyu. Kuongezeka kwa kasi kwa kiwango cha mmenyuko na joto la kuongezeka kunaelezewa na ukweli kwamba idadi ya molekuli hai huongezeka kwa kasi.

25. Van't Hoff kemikali mmenyuko isotherm equation.

Kwa mujibu wa sheria ya hatua ya wingi kwa majibu ya kiholela

na A + bB = cC + dD

Equation ya kiwango cha athari ya moja kwa moja inaweza kuandikwa:

,

na kwa kiwango cha majibu ya kinyume:

.

Kadiri majibu yanavyoendelea kutoka kushoto kwenda kulia, viwango vya dutu A na B vitapungua na kasi ya majibu ya mbele itapungua. Kwa upande mwingine, kadiri bidhaa za majibu C na D zinavyojilimbikiza, kasi ya majibu itaongezeka kutoka kulia kwenda kushoto. Inakuja wakati ambapo kasi υ 1 na υ 2 inakuwa sawa, viwango vya vitu vyote vinabaki bila kubadilika, kwa hivyo,

,

Ambapo K c = k 1 / k 2 =

.

Thamani ya mara kwa mara K c, sawa na uwiano wa viwango vya viwango vya athari ya mbele na ya nyuma, inaelezea kwa kiasi kikubwa hali ya usawa kupitia viwango vya usawa wa vitu vya kuanzia na bidhaa za mwingiliano wao (kwa suala la coefficients zao za stoichiometric) na inaitwa usawa wa mara kwa mara. Mara kwa mara ya usawa ni mara kwa mara tu kwa joto fulani, i.e.

K c \u003d f (T). Usawa wa mara kwa mara wa mmenyuko wa kemikali kawaida huonyeshwa kama uwiano, nambari ambayo ni bidhaa ya viwango vya usawa vya molar ya bidhaa za majibu, na denominator ni bidhaa ya viwango vya vitu vinavyoanza.

Ikiwa vipengele vya mmenyuko ni mchanganyiko wa gesi bora, basi usawa wa mara kwa mara (K p) unaonyeshwa kwa suala la shinikizo la sehemu ya vipengele:

.

Kwa mpito kutoka K p hadi K tunatumia mlinganyo wa hali P · V = n · R · T. Kwa kadiri

, kisha P = C·R·T. .

Inachofuata kutoka kwa equation kwamba K p = K s, mradi majibu yanaendelea bila kubadilisha idadi ya moles katika awamu ya gesi, i.e. wakati (c + d) = (a + b).

Ikiwa majibu yataendelea yenyewe kwa P na T au V na T mara kwa mara, basi maadiliG na F ya mmenyuko huu yanaweza kupatikana kutoka kwa milinganyo:

,

ambapo C A, C B, C C, C D ni viwango visivyo na usawa vya dutu za awali na bidhaa za mmenyuko.

,

ambapo P A, P B, P C, P D ni shinikizo la sehemu ya dutu za awali na bidhaa za majibu.

Milinganyo miwili ya mwisho inaitwa milinganyo ya isotherm ya kemikali ya van't Hoff. Uhusiano huu hufanya iwezekanavyo kuhesabu maadili ya G na F ya mmenyuko, kuamua mwelekeo wake katika viwango tofauti vya dutu za awali.

Ikumbukwe kwamba kwa mifumo ya gesi na suluhisho, na ushiriki wa yabisi katika mmenyuko (yaani kwa mifumo tofauti), mkusanyiko wa awamu dhabiti haujumuishwa katika usemi wa usawa wa mara kwa mara, kwani mkusanyiko huu ni kivitendo. mara kwa mara. Kwa hivyo kwa majibu

2 CO (g) \u003d CO 2 (g) + C (t)

mara kwa mara ya usawa imeandikwa kama

.

Utegemezi wa msawazo usiobadilika kwenye halijoto (kwa halijoto T 2 kuhusiana na halijoto T 1) unaonyeshwa na mlinganyo ufuatao wa van't Hoff:

,

ambapo Н 0 ni athari ya joto ya mmenyuko.

Kwa mmenyuko wa mwisho wa joto (mmenyuko huendelea na kunyonya kwa joto), usawa huongezeka mara kwa mara na joto la kuongezeka, mfumo, kama ilivyo, hupinga joto.

34. Osmosis, shinikizo la osmotic. Mlinganyo wa Van't Hoff na mgawo wa kiosmotiki.

Osmosis ni harakati ya hiari ya molekuli za kutengenezea kwa njia ya utando wa semipermeable ambayo hutenganisha ufumbuzi wa viwango tofauti kutoka kwa ufumbuzi wa mkusanyiko wa chini hadi ufumbuzi wa mkusanyiko wa juu, ambayo inaongoza kwa dilution ya mwisho. Kama membrane inayoweza kupenyeza, kupitia mashimo madogo ambayo molekuli ndogo tu za kutengenezea zinaweza kupita kwa hiari na molekuli kubwa au iliyoyeyushwa au ioni huhifadhiwa, filamu ya cellophane hutumiwa mara nyingi - kwa vitu vyenye uzani wa juu wa Masi, na kwa uzani wa chini wa Masi - shaba. filamu ya ferrocyanide. Mchakato wa uhamisho wa kutengenezea (osmosis) unaweza kuzuiwa ikiwa shinikizo la nje la hydrostatic linatumiwa kwa suluhisho na mkusanyiko wa juu (chini ya hali ya usawa hii itakuwa kinachojulikana shinikizo la osmotic, lililoonyeshwa na barua ). Ili kukokotoa thamani ya  katika suluhu za zisizo elektroliti, mlinganyo wa majaribio wa Van't Hoff unatumika:

ambapo C ni mkusanyiko wa molar wa dutu, mol / kg;

R ni gesi inayotumika ulimwenguni pote, J/mol K.

Thamani ya shinikizo la osmotic ni sawia na idadi ya molekuli (kwa ujumla, idadi ya chembe) ya dutu moja au zaidi kufutwa kwa kiasi fulani cha ufumbuzi, na haitegemei asili yao na asili ya kutengenezea. Katika suluhu za elektroliti zenye nguvu au dhaifu, jumla ya idadi ya chembe za mtu binafsi huongezeka kwa sababu ya kutengana kwa molekuli; kwa hivyo, ni muhimu kuanzisha mgawo unaofaa wa uwiano, unaoitwa mgawo wa isotonic, katika equation ya kuhesabu shinikizo la osmotiki.

i C R T,

ambapo mimi ni mgawo wa isotonic, unaokokotolewa kama uwiano wa jumla ya nambari za ayoni na molekuli za elektroliti zisizounganishwa kwa nambari ya awali ya molekuli za dutu hii.

Kwa hiyo, ikiwa kiwango cha kutengana kwa electrolyte, i.e. uwiano wa idadi ya molekuli zilizotenganishwa katika ioni kwa jumla ya idadi ya molekuli za solute ni  na molekuli ya elektroliti hutengana katika ioni za n, kisha mgawo wa isotonic huhesabiwa kama ifuatavyo:

i = 1 + (n – 1) ,(i > 1).

Kwa electrolytes kali, unaweza kuchukua  = 1, basi i = n, na mgawo i (pia zaidi ya 1) inaitwa mgawo wa osmotic.

Jambo la osmosis ni la umuhimu mkubwa kwa viumbe vya mimea na wanyama, kwani utando wa seli zao kuhusiana na ufumbuzi wa vitu vingi una mali ya membrane inayoweza kupunguzwa. Katika maji safi, kiini hupuka kwa nguvu, katika baadhi ya matukio hadi kupasuka kwa shell, na katika ufumbuzi na mkusanyiko wa chumvi nyingi, kinyume chake, hupungua kwa ukubwa na hupungua kutokana na hasara kubwa ya maji. Kwa hiyo, wakati wa kuhifadhi chakula, kiasi kikubwa cha chumvi au sukari huongezwa kwao. Seli za microorganisms katika hali hiyo hupoteza kiasi kikubwa cha maji na kufa.

Kama vile moja ya sifa za kimwili za mtu ni nguvu za kimwili, sifa muhimu zaidi ya dhamana yoyote ya kemikali ni nguvu ya dhamana, i.e. nishati yake.

Kumbuka kwamba nishati ya dhamana ya kemikali ni nishati ambayo hutolewa wakati wa kuunda dhamana ya kemikali au nishati ambayo inahitaji kutumika ili kuharibu kifungo hiki.

Kwa ujumla, mmenyuko wa kemikali ni mabadiliko ya dutu moja hadi nyingine. Kwa hiyo, wakati wa mmenyuko wa kemikali, vifungo vingine vinavunjwa na wengine huundwa, i.e. ubadilishaji wa nishati.

Sheria ya msingi ya fizikia inasema kwamba nishati haitokei kutoka kwa chochote na haipotei bila ya kufuatilia, lakini hupita tu kutoka kwa fomu moja hadi nyingine. Kwa sababu ya ulimwengu wote, kanuni hii inatumika kwa mmenyuko wa kemikali.

Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali inayoitwa kiasi cha joto

iliyotolewa (au kufyonzwa) wakati wa mmenyuko na inarejelea mol 1 ya dutu iliyojibu (au iliyoundwa).

Athari ya joto inaonyeshwa na herufi Q na kawaida hupimwa katika kJ/mol au kcal/mol.

Ikiwa mmenyuko hutokea kwa kutolewa kwa joto (Q> 0), inaitwa exothermic, na ikiwa kwa kunyonya kwa joto (Q.< 0) – эндотермической.

Ikiwa tunaonyesha kielelezo wasifu wa nishati ya mmenyuko, basi kwa athari za mwisho za joto, bidhaa ni za juu katika nishati kuliko viitikio, na kwa athari za exothermic, kinyume chake, bidhaa za majibu ziko chini ya nishati (imara zaidi) kuliko viitikio. .

Ni wazi kwamba jambo zaidi humenyuka, nishati zaidi hutolewa (au kufyonzwa), i.e. athari ya joto ni sawia moja kwa moja na kiasi cha dutu. Kwa hiyo, mgawo wa athari ya joto kwa 1 mol ya dutu ni kutokana na tamaa yetu ya kulinganisha athari za joto za athari mbalimbali kwa kila mmoja.

Hotuba ya 6. Thermochemistry. Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali Mfano 1 . Wakati wa kupunguzwa kwa 8.0 g ya oksidi ya shaba (II) na hidrojeni, shaba ya metali na mvuke wa maji iliundwa na 7.9 kJ ya joto ilitolewa. Kuhesabu athari ya joto ya mmenyuko wa kupunguza oksidi ya shaba(II).

Suluhisho . Mlingano wa majibu CuO (imara) + H2 (g) = Cu (imara) + H2 O (g) + Q (*)

Wacha tufanye sehemu ya kupunguzwa kwa 0.1 mol - 7.9 kJ inatolewa; kwa urejesho wa 1 mol - x kJ inatolewa.

Ambapo x = + 79 kJ/mol. Equation (*) inakuwa

CuO (imara) + H2 (g) = Cu (imara) + H2 O (g) +79 kJ

Mlinganyo wa thermochemical- hii ni equation ya mmenyuko wa kemikali, ambayo hali ya mkusanyiko wa vipengele vya mchanganyiko wa majibu (reagents na bidhaa) na athari ya joto ya mmenyuko huonyeshwa.

Kwa hiyo, ili kuyeyusha barafu au kuyeyusha maji, inahitajika kutumia kiasi fulani cha joto, wakati maji ya kioevu yanapofungia au mvuke wa maji hupungua, kiasi sawa cha joto hutolewa. Ndiyo maana sisi ni baridi tunapotoka nje ya maji (uvukizi wa maji kutoka kwenye uso wa mwili unahitaji nishati), na jasho ni utaratibu wa ulinzi wa kibiolojia dhidi ya overheating ya mwili. Kinyume chake, friji hufungia maji na kupasha joto chumba kinachozunguka, na kutoa joto kupita kiasi.

Mfano huu unaonyesha athari za joto za mabadiliko katika hali ya mkusanyiko wa maji. Joto la fusion (saa 0o C) λ = 3.34×105 J/kg (fizikia), au Qpl. \u003d - 6.02 kJ / mol (kemia), joto la uvukizi (mvuke) (saa 100o C) q \u003d 2.26 × 106 J / kg (fizikia) au Qisp. \u003d - 40.68 kJ / mol (kemia).

kuyeyuka

		uvukizi

muundo 298.

Hotuba ya 6. Thermochemistry. Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali Bila shaka, michakato ya usablimishaji inawezekana wakati imara

hupita kwenye awamu ya gesi, kupita hali ya kioevu na michakato ya nyuma ya mvua (crystallization) kutoka kwa awamu ya gesi, inawezekana pia kuhesabu au kupima athari ya joto kwao.

Ni wazi kwamba katika kila dutu kuna vifungo vya kemikali, kwa hiyo, kila dutu ina kiasi fulani cha nishati. Walakini, sio vitu vyote vinaweza kubadilishwa kuwa kila mmoja kwa mmenyuko mmoja wa kemikali. Kwa hiyo, tulikubali kuanzisha hali ya kawaida.

hali ya kawaida ya jambo ni hali ya mkusanyiko wa dutu kwa joto la 298 K na shinikizo la anga 1 katika urekebishaji thabiti zaidi wa allotropiki chini ya hali hizi.

Masharti ya Kawaida ni joto la 298 K na shinikizo la anga 1. Masharti ya kawaida (hali ya kawaida) inaonyeshwa na fahirisi 0 .

Kiwango cha joto cha malezi ya kiwanja inayoitwa athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali ya malezi ya kiwanja kilichotolewa kutoka kwa vitu rahisi vilivyochukuliwa katika hali yao ya kawaida. Joto la uundaji wa kiwanja huonyeshwa na ishara Q 0 Kwa misombo mingi, joto la kawaida la malezi hutolewa katika vitabu vya kumbukumbu vya kiasi cha physicochemical.

Viwango vya joto vya kawaida vya kuunda vitu rahisi ni 0. Kwa mfano, Q0 arr.298 (O2, gesi) = 0, Q0 arr.298 (C, imara, grafiti) = 0.

Kwa mfano . Andika mlinganyo wa thermochemical kwa ajili ya kuunda sulfate ya shaba (II). Kutoka kwa kitabu cha kumbukumbu Q0 ​​arr. 298 (CuSO4 ) = 770 kJ/mol.

Cu (s.) + S (s.) + 2O2 (g.) = CuSO4 (s.) + 770 kJ.

Kumbuka: equation ya thermochemical inaweza kuandikwa kwa dutu yoyote, lakini ni lazima ieleweke kwamba katika maisha halisi majibu hutokea kwa njia tofauti kabisa: oksidi za shaba (II) na sulfuri (IV) huundwa kutoka kwa reagents zilizoorodheshwa wakati wa joto, lakini. shaba (II) sulfate haijaundwa. Hitimisho muhimu: equation ya thermochemical ni mfano unaoruhusu mahesabu; inakubaliana vizuri na data nyingine za thermochemical, lakini haisimama kupima kwa vitendo (yaani, haiwezi kutabiri kwa usahihi uwezekano au kutowezekana kwa majibu).

(B j) - ∑ a i × Q arr 0,298 i

Hotuba ya 6. Thermochemistry. Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali

Ufafanuzi. Ili sio kukupotosha, nitaongeza mara moja hiyo thermodynamics ya kemikali inaweza kutabiri uwezekano / kutowezekana kwa athari, hata hivyo, hii inahitaji "zana" kubwa zaidi ambazo huenda zaidi ya upeo wa kozi ya kemia ya shule. Equation ya thermochemical kwa kulinganisha na njia hizi ni hatua ya kwanza dhidi ya historia ya piramidi ya Cheops - mtu hawezi kufanya bila hiyo, lakini hawezi kuinuka juu.

Mfano 2. Kuhesabu athari ya joto ya condensation ya maji na wingi wa 5.8 g Suluhisho. Mchakato wa condensation unaelezewa na equation ya thermochemical H2 O (g.) = H2 O (l.) + Q - condensation kawaida ni mchakato wa exothermic Joto la condensation ya maji saa 25o C ni 37 kJ / mol (kitabu cha kumbukumbu).

Kwa hiyo, Q = 37 × 0.32 = 11.84 kJ.

Katika karne ya 19, mwanakemia wa Kirusi Hess, ambaye alisoma athari za joto za athari, kwa majaribio alianzisha sheria ya uhifadhi wa nishati kuhusiana na athari za kemikali - sheria ya Hess.

Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali haitegemei njia ya mchakato na imedhamiriwa tu na tofauti kati ya majimbo ya mwisho na ya awali.

Kutoka kwa mtazamo wa kemia na hisabati, sheria hii ina maana kwamba sisi ni huru kuchagua "trajectory ya hesabu" yoyote ili kuhesabu mchakato, kwa sababu matokeo hayategemei. Kwa sababu hii, sheria muhimu sana ya Hessian ina muhimu sana muhtasari wa sheria ya Hess.

Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali ni sawa na jumla ya joto la malezi ya bidhaa za mmenyuko ukiondoa jumla ya joto la uundaji wa viitikio (kwa kuzingatia coefficients stoichiometric).

Kutoka kwa mtazamo wa akili ya kawaida, matokeo haya yanafanana na mchakato ambao majibu yote yalibadilishwa kwanza kuwa vitu rahisi, ambavyo vilikusanyika kwa njia mpya, ili bidhaa za majibu zilipatikana.

Katika mfumo wa mlinganyo, tokeo la sheria ya Hess inaonekana kama mlinganyo huu wa Reaction: a 1 A 1 + a 2 A 2 + ... + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 + ... b

Katika kesi hii, a i na b j ni mgawo wa stoichiometric, A i ni vitendanishi, B j ni bidhaa za majibu.

Kisha matokeo ya sheria ya Hess yana fomu Q = ∑ b j × Q arr 0 .298

k Bk + Q

(A i)

Hotuba ya 6. Thermochemistry. Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali Tangu joto la kawaida la malezi ya vitu vingi

a) ni muhtasari katika jedwali maalum au b) inaweza kuamua kwa majaribio, basi inakuwa inawezekana kutabiri (kuhesabu) athari ya joto ya idadi kubwa sana ya athari kwa usahihi wa kutosha wa juu.

Mfano 3 . (Matokeo ya sheria ya Hess). Kuhesabu athari ya joto ya urekebishaji wa mvuke wa methane unaotokea katika awamu ya gesi chini ya hali ya kawaida:

CH4 (g) + H2 O (g) = CO (g) + 3 H2 (g)

Je, ungependa kubaini ikiwa jibu hili ni la nje ya joto au la mwisho joto?

Suluhisho: Matokeo ya Sheria ya Hess

Q = 3 Q0			D ) +Q 0		(CO ,g ) −Q 0		D ) −Q 0		O, d) - kwa ujumla.
	muundo 298			muundo 298	muundo 298		muundo 298
Q ar0	298 (H 2, g) \u003d 0			Dutu rahisi katika hali yake ya kawaida

Kutoka kwenye kitabu cha kumbukumbu tunapata joto la malezi ya vipengele vilivyobaki vya mchanganyiko.

		O,g) = 241.8			(CO,g) = 110.5				D) = 74.6
muundo 298				muundo 298			muundo 298

Kuunganisha maadili kwenye equation

Q \u003d 0 + 110.5 - 74.6 - 241.8 \u003d -205.9 kJ / mol, majibu ni endothermic sana.

Jibu: Q \u003d -205.9 kJ / mol, endothermic

Mfano 4. (Matumizi ya sheria ya Hess). Joto inayojulikana ya athari

C (imara) + ½ O (g) \u003d CO (g) + 110.5 kJ

C (s.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 393.5 kJ Pata athari ya joto ya mmenyuko 2CO (g.) + O2 (g.) = 2CO2 (g.) Suluhisho Tunazidisha kwanza na milinganyo ya pili kwenye 2

2C (s.) + O2 (g.) \u003d 2CO (g.) + 221 kJ 2C (s.) + 2O2 (g.) \u003d 2CO2 (g.) + 787 kJ

Ondoa kwanza kutoka kwa mlinganyo wa pili

O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ - 2CO (g) - 221 kJ,

2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ Jibu: 566 kJ/mol.

Kumbuka: Wakati wa kusoma thermochemistry, tunazingatia mmenyuko wa kemikali kutoka nje (nje). Kinyume chake, thermodynamics ya kemikali - sayansi ya tabia ya mifumo ya kemikali - inazingatia mfumo kutoka ndani na inafanya kazi na dhana ya "enthalpy" H kama nishati ya joto ya mfumo. enthalpy, hivyo

Hotuba ya 6. Thermochemistry. Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali ina maana sawa na kiasi cha joto, lakini ina ishara kinyume: ikiwa nishati hutolewa kutoka kwa mfumo, mazingira hupokea na joto, na mfumo hupoteza nishati.

Fasihi:

1. kitabu cha maandishi, V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko na wengine, Kemia daraja la 9, aya ya 19,

2. Mwongozo wa elimu na utaratibu "Misingi ya Kemia ya Jumla" Sehemu ya 1.

Imekusanywa na S.G. Baram, I.N. Mironov. - chukua na wewe! kwa semina inayofuata

3. A.V. Manuilov. Misingi ya kemia. http://hemi.nsu.ru/index.htm

§9.1 Athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali. Sheria za msingi za thermochemistry.

§9.2** Thermochemistry (inaendelea). Joto la malezi ya jambo kutoka kwa vipengele.

Enthalpy ya kawaida ya malezi.

Makini!

Tunaendelea na kutatua matatizo ya computational, kwa hiyo, tangu sasa, calculator ni kuhitajika kwa semina katika kemia.

faharasa hapa na chini i rejea vitu vya kuanzia au vitendanishi, na fahirisi j- kwa vitu vya mwisho au bidhaa za mmenyuko; na ni mgawo wa stoichiometric katika mlingano wa majibu kwa nyenzo za kuanzia na bidhaa za majibu, mtawalia.

Mfano: Hebu tuhesabu athari ya joto ya mmenyuko wa awali wa methanoli chini ya hali ya kawaida.

Suluhisho: Kwa hesabu, tutatumia data ya marejeleo juu ya viwango vya joto vya kawaida vya uundaji wa dutu zinazohusika katika athari (tazama Jedwali 44 kwenye ukurasa wa 72 wa kitabu cha marejeleo).

Athari ya joto ya mmenyuko wa usanisi wa methanoli chini ya hali ya kawaida, kulingana na tokeo la kwanza la sheria ya Hess (equation 1.15), ni:

Wakati wa kuhesabu athari za joto za mmenyuko wa kemikali, ni lazima izingatiwe kuwa athari ya joto inategemea hali ya mkusanyiko wa viitikio na aina ya kurekodi kwa equation ya kemikali ya majibu:

Kulingana na muhtasari wa pili wa sheria ya Hess, athari ya joto inaweza kuhesabiwa kwa kutumia joto la mwako. ∆ c H, kama tofauti kati ya hesabu za joto la mwako wa vitu vya awali na bidhaa za majibu (kwa kuzingatia mgawo wa stoichiometric):

wapi ∆ r C uk- inaashiria mabadiliko katika uwezo wa joto wa isobaric wa mfumo kama matokeo ya mmenyuko wa kemikali na inaitwa mgawo wa joto wa athari ya joto ya mmenyuko.

Inafuata kutoka kwa usawa wa tofauti wa Kirchhoff kwamba utegemezi wa athari ya joto kwenye joto imedhamiriwa na ishara Δ. r C uk, i.e. inategemea ambayo ni kubwa zaidi, jumla ya uwezo wa joto wa vifaa vya kuanzia au jumla ya uwezo wa joto wa bidhaa za majibu. Wacha tuchambue mlinganyo wa tofauti wa Kirchhoff.

1. Ikiwa mgawo wa joto Δ r C uk> 0, kisha derivative > 0 na kazi kuongezeka. Kwa hiyo, athari ya joto ya mmenyuko huongezeka kwa joto la kuongezeka.

2. Ikiwa mgawo wa joto Δ r C uk< 0, то производная < 0 и функция kupungua. Kwa hiyo, athari ya joto ya mmenyuko hupungua kwa joto la kuongezeka.

3. Ikiwa mgawo wa joto Δ r C uk= 0, kisha derivative = 0 na . Kwa hiyo, athari ya joto ya mmenyuko haitegemei joto. Kesi hii haifanyiki katika mazoezi.

Milinganyo tofauti ni rahisi kwa uchambuzi, lakini haifai kwa mahesabu. Ili kupata equation ya kuhesabu athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali, tunaunganisha usawa wa tofauti wa Kirchhoff kwa kugawanya vigezo:

Uwezo wa joto wa vitu hutegemea joto, kwa hiyo, na . Hata hivyo, katika aina mbalimbali za joto zinazotumiwa sana katika michakato ya kemikali-teknolojia, utegemezi huu sio muhimu. Kwa madhumuni ya vitendo, uwezo wa wastani wa joto wa dutu hutumiwa katika kiwango cha joto kutoka 298 K hadi joto fulani. iliyotolewa katika vitabu vya kumbukumbu. Mgawo wa halijoto ya athari ya joto hukokotolewa kwa kutumia uwezo wa wastani wa joto:

Mfano: Hebu tuhesabu athari ya joto ya mmenyuko wa awali wa methanoli kwa joto la 1000 K na shinikizo la kawaida.

Suluhisho: Kwa hesabu, tutatumia data ya marejeleo juu ya uwezo wa wastani wa joto wa dutu zinazohusika katika athari katika safu ya joto kutoka 298 K hadi 1000 K (tazama Jedwali 40 kwenye ukurasa wa 56 wa kitabu cha marejeleo):

Badilisha katika uwezo wa wastani wa joto wa mfumo kama matokeo ya mmenyuko wa kemikali:

Sheria ya pili ya thermodynamics

Mojawapo ya kazi muhimu zaidi za thermodynamics ya kemikali ni kufafanua uwezekano wa kimsingi (au kutowezekana) wa mmenyuko wa moja kwa moja wa kemikali unaoendelea katika mwelekeo unaozingatiwa. Katika matukio hayo wakati inakuwa wazi kuwa mwingiliano huu wa kemikali unaweza kutokea, ni muhimu kuamua kiwango cha ubadilishaji wa vifaa vya kuanzia na mavuno ya bidhaa za mmenyuko, yaani, ukamilifu wa majibu.

Mwelekeo wa mchakato wa hiari unaweza kuamua kwa misingi ya sheria ya pili au mwanzo wa thermodynamics, iliyoundwa, kwa mfano, katika mfumo wa postulate Clausius:

Joto yenyewe haiwezi kupita kutoka kwenye mwili wa baridi hadi kwenye moto, yaani, mchakato huo hauwezekani, matokeo pekee ambayo yatakuwa uhamisho wa joto kutoka kwa mwili na joto la chini hadi mwili wenye joto la juu.

Michanganyiko mingi ya sheria ya pili ya thermodynamics imependekezwa. Muundo wa Thomson-Planck:

Mashine ya mwendo wa kudumu ya aina ya pili haiwezekani, yaani, mashine hiyo ya uendeshaji mara kwa mara haiwezekani ambayo ingeruhusu kazi kupatikana tu kwa baridi ya chanzo cha joto.

Uundaji wa hisabati wa sheria ya pili ya thermodynamics uliondoka katika uchambuzi wa uendeshaji wa injini za joto katika kazi za N. Carnot na R. Clausius.

Clausius alianzisha kazi ya serikali S, inayoitwa entropy, mabadiliko ambayo ni sawa na joto la mchakato wa reversible, inajulikana kwa joto

Kwa mchakato wowote

(1.22)

Usemi unaotokana ni usemi wa kihesabu wa sheria ya pili ya thermodynamics.

Katika thermochemistry, kiasi cha joto Q ambayo hutolewa au kufyonzwa kama matokeo ya mmenyuko wa kemikali inaitwa athari ya joto. Matendo ambayo kutolewa kwa joto huitwa exothermic (Q>0), na kunyonya kwa joto - endothermic (Q<0 ).

Katika thermodynamics, kwa mtiririko huo, taratibu ambazo joto hutolewa huitwa exothermic, na michakato ambayo joto huingizwa - endothermic.

Kwa mujibu wa corollary ya sheria ya kwanza ya thermodynamics kwa michakato ya isochoric-isothermal, athari ya joto ni sawa na mabadiliko katika nishati ya ndani ya mfumo .

Kwa kuwa katika thermochemistry ishara ya kinyume hutumiwa kwa heshima na thermodynamics, basi.

Kwa michakato ya isobaric-isothermal, athari ya joto ni sawa na mabadiliko katika enthalpy ya mfumo. .

Ikiwa D H > 0- mchakato unaendelea na ngozi ya joto na ni endothermic.

Ikiwa D H< 0 - mchakato unaambatana na kutolewa kwa joto na ni exothermic.

Kutoka kwa sheria ya kwanza ya thermodynamics ifuatavyo Sheria ya Hess:

athari ya joto ya athari za kemikali inategemea tu aina na hali ya vitu vya awali na bidhaa za mwisho, lakini haitegemei njia ya mpito kutoka kwa hali ya awali hadi ya mwisho.

Matokeo ya sheria hii ni kanuni kwamba na equations za thermochemical, unaweza kufanya shughuli za kawaida za algebra.

Kwa mfano, fikiria majibu ya oxidation ya makaa ya mawe kwa CO 2 .

Mpito kutoka kwa dutu ya awali hadi ya mwisho inaweza kufanywa kwa kuchoma makaa ya mawe moja kwa moja hadi CO 2:

C (t) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g).

Athari ya joto ya mmenyuko huu Δ H 1.

Utaratibu huu unaweza kufanyika katika hatua mbili (Mchoro 4). Katika hatua ya kwanza, kaboni huwaka hadi CO kwa majibu

C (t) + O 2 (g) \u003d CO (g),

kwa CO ya pili inaungua hadi CO 2

CO (t) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g).

Madhara ya joto ya athari hizi, kwa mtiririko huo, Δ H 2 na Δ H 3.

Mchele. 4. Mpango wa mchakato wa mwako wa makaa ya mawe hadi CO 2

Taratibu zote tatu hutumiwa sana katika mazoezi. Sheria ya Hess hukuruhusu kuhusisha athari za joto za michakato hii mitatu kwa equation:

Δ H 1=Δ H 2 + Δ H 3.

Athari za joto za mchakato wa kwanza na wa tatu zinaweza kupimwa kwa urahisi, lakini mwako wa makaa ya mawe kwa monoxide ya kaboni kwa joto la juu ni vigumu. Athari yake ya joto inaweza kuhesabiwa:

Δ H 2=Δ H 1 - Δ H 3.

Maadili H 1 na Δ H 2 hutegemea aina ya makaa ya mawe kutumika. Thamani Δ H 3 haihusiani na hii. Wakati wa mwako wa mole moja ya CO kwa shinikizo la mara kwa mara kwa 298K, kiasi cha joto ni Δ. H 3= -283.395 kJ/mol. Δ H 1\u003d -393.86 kJ / mol saa 298K. Kisha kwa 298K Δ H 2\u003d -393.86 + 283.395 \u003d -110.465 kJ / mol.

Sheria ya Hess inafanya uwezekano wa kuhesabu athari za joto za michakato ambayo hakuna data ya majaribio au ambayo haiwezi kupimwa chini ya hali zinazohitajika. Hii inatumika pia kwa athari za kemikali, na kwa michakato ya kufutwa, uvukizi, fuwele, adsorption, nk.

Wakati wa kutumia sheria ya Hess, masharti yafuatayo lazima izingatiwe madhubuti:

Michakato yote miwili lazima iwe na hali sawa za kuanza na hali sawa za mwisho;

Sio tu nyimbo za kemikali za bidhaa zinapaswa kuwa sawa, lakini pia hali ya kuwepo kwao (joto, shinikizo, nk) na hali ya mkusanyiko, na kwa vitu vya fuwele, marekebisho ya fuwele.

Wakati wa kuhesabu athari za joto za athari za kemikali kulingana na sheria ya Hess, aina mbili za athari za joto hutumiwa kawaida - joto la mwako na joto la malezi.

Joto la elimu inayoitwa athari ya joto ya mmenyuko wa malezi ya kiwanja kilichopewa kutoka kwa vitu rahisi.

Joto la mwako inayoitwa athari ya joto ya mmenyuko wa oxidation ya kiwanja fulani na oksijeni na uundaji wa oksidi za juu za vipengele vinavyolingana au kiwanja cha oksidi hizi.

Maadili ya marejeleo ya athari za joto na viwango vingine kawaida hurejelewa kwa hali ya kawaida ya suala.

Kama hali ya kawaida kioevu cha mtu binafsi na vitu vikali huchukua hali yao kwa joto fulani na kwa shinikizo sawa na anga moja, na kwa gesi ya mtu binafsi, hali yao ni kwamba kwa joto fulani na shinikizo sawa na 1.01 10 5 Pa (1 atm.), Wana mali ya gesi bora. Ili kuwezesha mahesabu, data ya kumbukumbu rejea joto la kawaida 298 K.

Ikiwa kipengele chochote kinaweza kuwepo katika marekebisho kadhaa, basi marekebisho hayo yanakubaliwa kama kiwango, ambayo ni thabiti kwa 298 K na shinikizo la anga sawa na 1.01 10 5 Pa (1 atm.)

Idadi yote inayohusiana na hali ya kawaida ya vitu imewekwa alama na maandishi makubwa katika mfumo wa duara: . Katika michakato ya metallurgiska, misombo mingi huundwa na kutolewa kwa joto, hivyo kwao ongezeko la enthalpy. Kwa vipengele katika hali ya kawaida, thamani .

Kutumia data ya kumbukumbu ya joto la kawaida la malezi ya vitu vinavyohusika katika mmenyuko, mtu anaweza kuhesabu kwa urahisi athari ya joto ya mmenyuko.

Kutoka kwa sheria ya Hess ifuatavyo:athari ya joto ya mmenyuko ni sawa na tofauti kati ya joto la malezi ya vitu vyote vilivyoonyeshwa upande wa kulia wa equation.(vitu vya mwisho au bidhaa za majibu) , na joto la malezi ya vitu vyote vilivyoonyeshwa upande wa kushoto wa equation(vifaa vya kuanzia) , ikichukuliwa na mgawo sawa na coefficients mbele ya fomula za dutu hizi katika mlingano wa majibu:

wapi n- idadi ya moles ya dutu inayohusika katika mmenyuko.

Mfano. Hebu tuhesabu athari ya joto ya mmenyuko Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 . Joto la uundaji wa dutu zinazohusika katika majibu ni: kwa Fe 3 O 4, kwa CO, kwa FeO, kwa CO 2.

Athari ya joto ya mmenyuko:

Tangu , majibu katika 298K ni endothermic, i.e. huenda na ufyonzaji wa joto.

Kiwango cha joto cha uundaji (enthalpy of formation) cha dutu inayoitwa enthalpy ya mmenyuko wa malezi ya mole 1 ya dutu hii kutoka kwa vitu (vitu rahisi, ambayo ni, inayojumuisha atomi za aina moja) ambazo ziko katika hali ya kiwango thabiti zaidi. Enthalpies ya kawaida ya malezi ya dutu (kJ / mol) hutolewa katika vitabu vya kumbukumbu. Wakati wa kutumia maadili ya kumbukumbu, ni muhimu kulipa kipaumbele kwa hali ya awamu ya vitu vinavyohusika na majibu. Enthalpy ya malezi ya dutu rahisi zaidi ni 0.

Matokeo kutoka kwa sheria ya Hess juu ya hesabu ya athari za joto za athari za kemikali kutoka kwa joto la malezi. : kiwango athari ya joto ya mmenyuko wa kemikali ni sawa na tofauti kati ya joto la malezi ya bidhaa za mmenyuko na joto la malezi ya vitu vya awali, kwa kuzingatia coefficients stoichiometric (idadi ya moles) ya vitendanishi.:

CH 4 + 2 CO = 3 C ( grafiti ) + 2H 2 Oh

TV ya gesi ya gesi gesi

Joto la uundaji wa dutu katika majimbo haya ya awamu hutolewa katika Jedwali. 1.2.

Jedwali 1.2

Joto la uundaji wa vitu

Suluhisho

Kwa kuwa mmenyuko unafanyika saa P= const, basi tunapata athari ya kawaida ya mafuta katika mfumo wa mabadiliko ya enthalpy kulingana na joto linalojulikana la malezi kama matokeo ya sheria ya Hess (formula (1.17):

ΔN kuhusu 298 = ( 2 (–241.81) + 3 0) - (–74.85 + 2 (–110.53)) = -187.71 kJ = = -187710 J.

ΔN kuhusu 298 < 0, реакция является экзотермической, протекает с выделением теплоты.

Mabadiliko ya nishati ya ndani hupatikana kwa msingi wa equation (1.16):

ΔU kuhusu 298 = ΔH kuhusu 298 – Δ na RT.

Kwa mmenyuko uliopewa, mabadiliko katika idadi ya moles ya vitu vya gesi kutokana na kifungu cha mmenyuko wa kemikali Δν = 2 – (1 + 2) = –1; T= 298 K, basi

Δ U kuhusu 298 \u003d -187710 - (-1) 8.314 298 \u003d -185232 J.

Uhesabuji wa athari za kawaida za joto za athari za kemikali kutoka kwa viwango vya joto vya mwako wa vitu vinavyohusika katika athari.

Kiwango cha joto cha mwako (enthalpy of mwako) cha dutu inayoitwa athari ya joto ya oxidation kamili ya mole 1 ya dutu fulani (kwa oksidi za juu au misombo iliyoonyeshwa maalum) na oksijeni, mradi vitu vya awali na vya mwisho vina joto la kawaida. Enthalpies ya kawaida ya mwako wa vitu
(kJ/mol) zimetolewa katika vitabu vya kumbukumbu. Wakati wa kutumia thamani ya kumbukumbu, ni muhimu kulipa kipaumbele kwa ishara ya enthalpy ya mmenyuko wa mwako, ambayo daima ni exothermic ( Δ H <0), а в таблицах указаны величины
.Enthalpies ya mwako wa oksidi za juu (kwa mfano, maji na dioksidi kaboni) ni 0.

Matokeo kutoka kwa sheria ya Hess juu ya hesabu ya athari za joto za athari za kemikali kutoka kwa joto la mwako. : athari ya kawaida ya mafuta ya mmenyuko wa kemikali ni sawa na tofauti kati ya joto la mwako wa vifaa vya kuanzia na joto la mwako wa bidhaa za mmenyuko, kwa kuzingatia coefficients ya stoichiometric (idadi ya moles) ya vitendanishi:

C 2 H 4 + H 2 O= C 2 H 5 NI YEYE.