Стандартная теплота образования вещества как найти

В уроке 21 «Теплота образования» из курса «Химия для чайников» рассмотрим что такое теплоты образования и откуда их брать; выясним, какие условия считаются стандартными, а также различия простых и сложных веществ; для закрепления полученных знаний решим пару задач, где используются теплоты образования и закон аддитивности теплот реакций. Будет неплохо, если перед прочтением данного урока, вы изучите материал про изменение энтальпии, а также про теплоты сгорания.

Благодаря закону Гесса (закону аддитивности теплот реакций) нам совсем не нужно считать теплоты всех реакций; достаточно иметь сведения о теплОтах лишь того минимума реакций, из которых можно получить все остальные. Подобный минимум, принятый всеми учеными и инженерами, представляет собой теплоты образования соединений из входящих в них чистых элементов в стандартных состояниях. А что же такое: стандартные состояния?

Стандартное состояние вещества

Для кристаллических и жидких веществ стандартное состояние определяется как наиболее распространенная форма элемента при 25°С (298 К*) и внешнем давлении 1 атмосфера (атм); стандартное состояние газов определяется аналогичным образом, но при парциальном** давлении 1 атм. Вот например, стандартным состоянием углерода считается графит, а не алмаз.

* Кельвин (обозначение «К») – еще один показатель измерения температуры, наряду с Цельсия. Пока вам просто следует запомнить, что 0°С = 273 К, соответственно 1°С = 274 К, -1°С = 272 К, а -273°С = 0 К. Самой низкой температурой считается 0 К и называется абсолютным нулем.

** Парциальное давление — это давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре.

Простые и сложные вещества

Все вещества можно разделить на две обширные группы — простые и сложные вещества.
Простые вещества — это вещества, образованные из атомов одного элемента. Примеры простых веществ: молекулярные (O₂, O₃, H₂, Cl₂) и атомарные (He, Ar) газы; различные формы углерода, иод (I₂), металлы (не в виде сплавов).

Сложные вещества (химические соединения) — это вещества, образованные атомами разных элементов. Так, оксид меди CuO образован атомами элементов меди Cu и кислорода O, вода H₂O — атомами элементов водорода H и кислорода O.

Теперь вы понимаете различия простых веществ от сложных. Так вот, теплота образования простых веществ всегда равна нулю. Это, пожалуйста, запомните.

Стандартные теплоты образования

Вспомним прошлый урок, где мы пытались синтезировать алмаз. Теплоты образования всех веществ, участвующих в этом синтезе таковы:

C(графит) + 2H₂(г.) → CH₄(г.) ΔH = -74,8 кДж (1)
C(графит) → C(алмаз) ΔH = +1,9 кДж (2)
H₂(г.) + ½O₂(г.) → H₂O(ж.) ΔH = -285,8 кДж (3)

Как уже было отмечено выше, O₂ относится к простым веществам, поэтому его теплота образования равна нулю. Таблицы стандартных теплот образования ΔH°₂₉₈ соединений из чистых элементов приведена ниже под спойлером. В этой таблице нижний индекс 298 обозначает комнатную температуру (298 К = 25°С), а верхний индекс (знак градуса) означает, что реагенты и продукты находятся в своих стандартных состояниях. Однако не обязательно пользоваться записью ΔH°₂₉₈, достаточно лишь написать ΔH.

Сейчас, на примере старой и доброй реакции (4) получения алмаза путем окисления метана, я покажу вам, как по теплотам образования веществ можно определить теплоту общей реакции. Это уравнение можно получить суммированием уравнения (2) с удвоенным уравнением (3) и обращенным уравнением (1):

C(графит) → C(алмаз) ΔH = +1,9 кДж (2)
2H₂(г.) + O₂(г.) → 2H₂O(ж.) ΔH = -571,6 кДж 2×(3)
CH₄(г.) → C(графит) + 2H₂(г.) ΔH = +74,8 кДж -(1)

В итоге получаем:

CH₄(г.) + O₂(г.) → C(алмаз) + 2H₂O(ж.) ΔH = -494,9 кДж (4)

Теплота реакции вычисляется точно таким же способом, просто из теплот образования продуктов реакции вычитаем теплоты образования реагентов, учитывая все коэффициенты:

ΔH = (+1,9) + 2(-285,8) — (-74,8) = -494,9 кДж

У кого возник вопрос, почему же мы не вычитаем теплоту образования кислорода, ответ ищите в таблице теплот образования.

Очевидно, что при таких вычислениях следует быть очень внимательным к знакам и коэффициентам. Чтобы не допустить ошибки, настоятельно рекомендую вам выписывать отдельно каждое уравнение с соответствующей теплотой реакции в таком виде, чтобы сумма всех индивидуальных уравнений давала требуемую реакцию. Если все коэффициенты какого-либо уравнения умножены на произвольное число n, на это же число n должна быть умножена соответствующая теплота образования, а если используется обращенное уравнение реакции образования, то следует изменить свой знак перед табличной величиной ΔH. Когда индивидуальные уравнения суммируются для получения требуемой реакции, сумма индивидуальных теплот образования дает искомую теплоту реакции. А теперь закрепим полученные знания примерами.

Пример 1. Чему равна стандартная теплота реакции восстановления оксида трехвалентного железа Fe₂O₃ углеродом С до железа Fe и моноксида углерода O, протекающей в доменной печи?

Решение:

Запишем уравнение реакции, указав под каждым веществом его стандартную теплоту образования:

Fe₂O₃(тв.) + 3C(графит) → 2Fe(тв.) + 3CO(г.)
-822,1 0,0 0,0 -110,5 ΔH, кДж·моль^-1

Стандартная теплота образования простых элементов (С и Fe) по определению равна нулю. Стандартная теплота рассматриваемой реакции равна:

ΔH° = 2(0,0) + 3(-110,5) — (-822,1) — 3(0,0) = +490,6 кДж

Как видите, изменение энтальпии положительно, а значит реакция эндотермическая (поглощается тепло). Полученный результат согласуется с известным фактом, что при восстановлении железной руды до свободного железа необходимо подводить к реакционной системе большое количество теплоты. Отметим, однако, что 490,6 кДж — это теплота, которая поглощалось бы, если бы реакция проводилась при 298 К, а не при 1800 К, как это происходит в доменной печи. Получается, что наше решение неверно? Нет, оно абсолютно верно, просто тепловой эффект (+490,6 кДж) следует рассматривать как телоту, поглощаемую при нагревании оксида железа (III) и углерода от 298 до 1800 К, последующей реакции между ними и охлаждением снова до комнатной температуры 298 К. Изменение энтальпии, или теплота реакции, зависит только от исходного и конечного состояний участников реакции, а нет от того, остается ли температура постоянной или поднимается до уровня, достигаемого в доменной печи, и затем опускается снова. Важно лишь то, что в конце процесса, как и в его начале, температура имеет значение 298 К. Еще раз повторяю, ибо это очень важный момент: Когда мы ссылаемся на теплоты реакции и утверждаем, что полученные значения относятся к процессу, проводимой «при давлении 1 атм и 298 К», требуется только, чтобы реакция начиналась при этих условиях и продукты были приведены к этим условиям (1 атм и 298 К).

Пример 2. Определите теплоту сгорания жидкого бензола.

Решение:

Запишем полное уравнение реакции с указанием теплот образования всех участвующих в нем веществ:

2C₆H₆(ж.) + 15O₂(г.) → 12CO₂(г.) + 6H₂O(ж.)
+49 0,0 -393,5 -285,8 ΔH, кДж·моль^-1

Теплота этой реакции, как она записана (с 2 молями бензола), равна:

ΔH = 12(-393,5) + 6(-285,8) — 2(+49,0) — 15(0,0) = -6540 кДж

Следовательно, теплота сгорания 1 моля бензола должна быть равна половине этой величины, т.е. -3270 кДж·моль^-1.

Надеюсь урок 21 «Теплота образования» был не скучным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

From Wikipedia, the free encyclopedia

In chemistry and thermodynamics, the standard enthalpy of formation or standard heat of formation of a compound is the change of enthalpy during the formation of 1 mole of the substance from its constituent elements in their reference state, with all substances in their standard states. The standard pressure value p^⦵ = 10⁵ Pa (= 100 kPa = 1 bar) is recommended by IUPAC, although prior to 1982 the value 1.00 atm (101.325 kPa) was used.^[1] There is no standard temperature. Its symbol is Δ_fH^⦵. The superscript Plimsoll on this symbol indicates that the process has occurred under standard conditions at the specified temperature (usually 25 °C or 298.15 K). Standard states are as follows:

For a gas: the hypothetical state the gas would assume if it obeyed the ideal gas equation at a pressure of 1 bar
For a gaseous or solid solute present in a diluted ideal solution: the hypothetical state of concentration of the solute of exactly one mole per liter (1 M) at a pressure of 1 bar extrapolated from infinite dilution
For a pure substance or a solvent in a condensed state (a liquid or a solid): the standard state is the pure liquid or solid under a pressure of 1 bar

For elements that have multiple allotropes, the reference state usually is chosen to be the form in which the element is most stable under 1 bar of pressure. One exception is phosphorus, for which the most stable form at 1 bar is black phosphorus, but white phosphorus is chosen as the standard reference state for zero enthalpy of formation.^[2]

For example, the standard enthalpy of formation of carbon dioxide would be the enthalpy of the following reaction under the above conditions:

{displaystyle {ce {C(s, graphite) + O2(g) -> CO2(g)}}}

All elements are written in their standard states, and one mole of product is formed. This is true for all enthalpies of formation.

The standard enthalpy of formation is measured in units of energy per amount of substance, usually stated in kilojoule per mole (kJ mol⁻¹), but also in kilocalorie per mole, joule per mole or kilocalorie per gram (any combination of these units conforming to the energy per mass or amount guideline).

All elements in their reference states (oxygen gas, solid carbon in the form of graphite, etc.) have a standard enthalpy of formation of zero, as there is no change involved in their formation.

The formation reaction is a constant pressure and constant temperature process. Since the pressure of the standard formation reaction is fixed at 1 bar, the standard formation enthalpy or reaction heat is a function of temperature. For tabulation purposes, standard formation enthalpies are all given at a single temperature: 298 K, represented by the symbol Δ_fH^⦵
_{298 K}.

Hess’s law[edit]

For many substances, the formation reaction may be considered as the sum of a number of simpler reactions, either real or fictitious. The enthalpy of reaction can then be analyzed by applying Hess’s Law, which states that the sum of the enthalpy changes for a number of individual reaction steps equals the enthalpy change of the overall reaction. This is true because enthalpy is a state function, whose value for an overall process depends only on the initial and final states and not on any intermediate states. Examples are given in the following sections.

Ionic compounds: Born–Haber cycle[edit]

Standard enthalpy change of formation in Born–Haber diagram for lithium fluoride. ΔH_latt corresponds to U_L in the text. The downward arrow «electron affinity» shows the negative quantity –EA_F, since EA_F is usually defined as positive.

For ionic compounds, the standard enthalpy of formation is equivalent to the sum of several terms included in the Born–Haber cycle. For example, the formation of lithium fluoride,

{displaystyle {ce {Li(s) + 1/2F2(g) -> LiF(s)}}}

may be considered as the sum of several steps, each with its own enthalpy (or energy, approximately):

H_sub, the standard enthalpy of atomization (or sublimation) of solid lithium.
IE_Li, the first ionization energy of gaseous lithium.
B(F–F), the standard enthalpy of atomization (or bond energy) of fluorine gas.
EA_F, the electron affinity of a fluorine atom.
U_L, the lattice energy of lithium fluoride.

The sum of all these enthalpies will give the standard enthalpy of formation (ΔH_f) of lithium fluoride:

${displaystyle Delta H_{text{f}}=Delta H_{text{sub}}+{text{IE}}_{text{Li}}+{frac {1}{2}}{text{B(F–F)}}-{text{EA}}_{text{F}}+{text{U}}_{text{L}}.}$

In practice, the enthalpy of formation of lithium fluoride can be determined experimentally, but the lattice energy cannot be measured directly. The equation is therefore rearranged in order to evaluate the lattice energy:^[3]

${displaystyle -U_{text{L}}=Delta H_{text{sub}}+{text{IE}}_{text{Li}}+{frac {1}{2}}{text{B(F–F)}}-{text{EA}}_{text{F}}-Delta H_{text{f}}.}$

Organic compounds[edit]

The formation reactions for most organic compounds are hypothetical. For instance, carbon and hydrogen will not directly react to form methane (CH₄), so that the standard enthalpy of formation cannot be measured directly. However the standard enthalpy of combustion is readily measurable using bomb calorimetry. The standard enthalpy of formation is then determined using Hess’s law. The combustion of methane:

{displaystyle {ce {CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O}}}

is equivalent to the sum of the hypothetical decomposition into elements followed by the combustion of the elements to form carbon dioxide (CO₂) and water (H₂O):

Applying Hess’s law,

${displaystyle Delta _{text{comb}}H^{ominus }({text{CH}}_{4})=[Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CO}}_{2})+2Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{H}}_{2}{text{O}})]-Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CH}}_{4}).}$

Solving for the standard of enthalpy of formation,

${displaystyle Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CH}}_{4})=[Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CO}}_{2})+2Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{H}}_{2}{text{O}})]-Delta _{text{comb}}H^{ominus }({text{CH}}_{4}).}$

The value of ${displaystyle Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CH}}_{4})}$ is determined to be −74.8 kJ/mol. The negative sign shows that the reaction, if it were to proceed, would be exothermic; that is, methane is enthalpically more stable than hydrogen gas and carbon.

It is possible to predict heats of formation for simple unstrained organic compounds with the heat of formation group additivity method.

Use in calculation for other reactions[edit]

The standard enthalpy change of any reaction can be calculated from the standard enthalpies of formation of reactants and products using Hess’s law. A given reaction is considered as the decomposition of all reactants into elements in their standard states, followed by the formation of all products. The heat of reaction is then minus the sum of the standard enthalpies of formation of the reactants (each being multiplied by its respective stoichiometric coefficient, ν) plus the sum of the standard enthalpies of formation of the products (each also multiplied by its respective stoichiometric coefficient), as shown in the equation below:^[4]

${displaystyle Delta _{text{r}}H^{ominus }=sum nu Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{products}})-sum nu Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{reactants}}).}$

If the standard enthalpy of the products is less than the standard enthalpy of the reactants, the standard enthalpy of reaction is negative. This implies that the reaction is exothermic. The converse is also true; the standard enthalpy of reaction is positive for an endothermic reaction. This calculation has a tacit assumption of ideal solution between reactants and products where the enthalpy of mixing is zero.

For example, for the combustion of methane, :

${displaystyle Delta _{text{r}}H^{ominus }=[Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CO}}_{2})+2Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{H}}_{2}{text{O}})]-Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CH}}_{4})+2Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{O}}_{2})].}$

However is an element in its standard state, so that ${displaystyle Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{O}}_{2})=0}$ , and the heat of reaction is simplified to

${displaystyle Delta _{text{r}}H^{ominus }=[Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CO}}_{2})+2Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{H}}_{2}{text{O}})]-Delta _{text{f}}H^{ominus }({text{CH}}_{4}),}$

which is the equation in the previous section for the enthalpy of combustion ${displaystyle Delta _{text{comb}}H^{ominus }}$ .

Key concepts for enthalpy calculations[edit]

When a reaction is reversed, the magnitude of ΔH stays the same, but the sign changes.
When the balanced equation for a reaction is multiplied by an integer, the corresponding value of ΔH must be multiplied by that integer as well.
The change in enthalpy for a reaction can be calculated from the enthalpies of formation of the reactants and the products
Elements in their standard states make no contribution to the enthalpy calculations for the reaction, since the enthalpy of an element in its standard state is zero. Allotropes of an element other than the standard state generally have non-zero standard enthalpies of formation.

Examples: standard enthalpies of formation at 25 °C[edit]

Thermochemical properties of selected substances at 298.15 K and 1 atm

Inorganic substances[edit]

Species	Phase	Chemical formula	Δ_fH^⦵ /(kJ/mol)
Aluminium	Solid	Al	0
Aluminium chloride	Solid	AlCl₃	−705.63
Aluminium oxide	Solid	Al₂O₃	−1675.5
Aluminium hydroxide	Solid	Al(OH)₃	−1277
Aluminium sulphate	Solid	Al₂(SO₄)₃	−3440
Barium chloride	Solid	BaCl₂	−858.6
Barium carbonate	Solid	BaCO₃	−1216
Barium hydroxide	Solid	Ba(OH)₂	−944.7
Barium oxide	Solid	BaO	−548.1
Barium sulfate	Solid	BaSO₄	−1473.3
Beryllium	Solid	Be	0
Beryllium hydroxide	Solid	Be(OH)₂	−903
Beryllium oxide	Solid	BeO	−609.4
Boron trichloride	Solid	BCl₃	−402.96
Bromine	Liquid	Br₂	0
Bromide ion	Aqueous	Br⁻	−121
Bromine	Gas	Br	111.884
Bromine	Gas	Br₂	30.91
Bromine trifluoride	Gas	BrF₃	−255.60
Hydrogen bromide	Gas	HBr	−36.29
Cadmium	Solid	Cd	0
Cadmium oxide	Solid	CdO	−258
Cadmium hydroxide	Solid	Cd(OH)₂	−561
Cadmium sulfide	Solid	CdS	−162
Cadmium sulfate	Solid	CdSO₄	−935
Caesium	Solid	Cs	0
Caesium	Gas	Cs	76.50
Caesium	Liquid	Cs	2.09
Caesium(I) ion	Gas	Cs⁺	457.964
Caesium chloride	Solid	CsCl	−443.04
Calcium	Solid	Ca	0
Calcium	Gas	Ca	178.2
Calcium(II) ion	Gas	Ca²⁺	1925.90
Calcium(II) ion	Aqueous	Ca²⁺	−542.7
Calcium carbide	Solid	CaC₂	−59.8
Calcium carbonate (Calcite)	Solid	CaCO₃	−1206.9
Calcium chloride	Solid	CaCl₂	−795.8
Calcium chloride	Aqueous	CaCl₂	−877.3
Calcium phosphate	Solid	Ca₃(PO₄)₂	−4132
Calcium fluoride	Solid	CaF₂	−1219.6
Calcium hydride	Solid	CaH₂	−186.2
Calcium hydroxide	Solid	Ca(OH)₂	−986.09
Calcium hydroxide	Aqueous	Ca(OH)₂	−1002.82
Calcium oxide	Solid	CaO	−635.09
Calcium sulfate	Solid	CaSO₄	−1434.52
Calcium sulfide	Solid	CaS	−482.4
Wollastonite	Solid	CaSiO₃	−1630
Carbon (Graphite)	Solid	C	0
Carbon (Diamond)	Solid	C	1.9
Carbon	Gas	C	716.67
Carbon dioxide	Gas	CO₂	−393.509
Carbon disulfide	Liquid	CS₂	89.41
Carbon disulfide	Gas	CS₂	116.7
Carbon monoxide	Gas	CO	−110.525
Carbonyl chloride (Phosgene)	Gas	COCl₂	−218.8
Carbon dioxide (un–ionized)	Aqueous	CO₂(aq)	−419.26
Bicarbonate ion	Aqueous	HCO₃^–	−689.93
Carbonate ion	Aqueous	CO₃^2–	−675.23
Monatomic chlorine	Gas	Cl	121.7
Chloride ion	Aqueous	Cl⁻	−167.2
Chlorine	Gas	Cl₂	0
Chromium	Solid	Cr	0
Copper	Solid	Cu	0
Copper(II) oxide	Solid	CuO	−155.2
Copper(II) sulfate	Aqueous	CuSO₄	−769.98
Fluorine	Gas	F₂	0
Monatomic hydrogen	Gas	H	218
Hydrogen	Gas	H₂	0
Water	Gas	H₂O	−241.818
Water	Liquid	H₂O	−285.8
Hydrogen ion	Aqueous	H⁺	0
Hydroxide ion	Aqueous	OH⁻	−230
Hydrogen peroxide	Liquid	H₂O₂	−187.8
Phosphoric acid	Liquid	H₃PO₄	−1288
Hydrogen cyanide	Gas	HCN	130.5
Hydrogen bromide	Liquid	HBr	−36.3
Hydrogen chloride	Gas	HCl	−92.30
Hydrogen chloride	Aqueous	HCl	−167.2
Hydrogen fluoride	Gas	HF	−273.3
Hydrogen iodide	Gas	HI	26.5
Iodine	Solid	I₂	0
Iodine	Gas	I₂	62.438
Iodine	Aqueous	I₂	23
Iodide ion	Aqueous	I⁻	−55
Iron	Solid	Fe	0
Iron carbide (Cementite)	Solid	Fe₃C	5.4
Iron(II) carbonate (Siderite)	Solid	FeCO₃	−750.6
Iron(III) chloride	Solid	FeCl₃	−399.4
Iron(II) oxide (Wüstite)	Solid	FeO	−272
Iron(II,III) oxide (Magnetite)	Solid	Fe₃O₄	−1118.4
Iron(III) oxide (Hematite)	Solid	Fe₂O₃	−824.2
Iron(II) sulfate	Solid	FeSO₄	−929
Iron(III) sulfate	Solid	Fe₂(SO₄)₃	−2583
Iron(II) sulfide	Solid	FeS	−102
Pyrite	Solid	FeS₂	−178
Lead	Solid	Pb	0
Lead dioxide	Solid	PbO₂	−277
Lead sulfide	Solid	PbS	−100
Lead sulfate	Solid	PbSO₄	−920
Lead(II) nitrate	Solid	Pb(NO₃)₂	−452
Lead(II) sulfate	Solid	PbSO₄	−920
Lithium fluoride	Solid	LiF	−616.93
Magnesium	Solid	Mg	0
Magnesium ion	Aqueous	Mg²⁺	−466.85
Magnesium carbonate	Solid	MgCO₃	−1095.797
Magnesium chloride	Solid	MgCl₂	−641.8
Magnesium hydroxide	Solid	Mg(OH)₂	−924.54
Magnesium hydroxide	Aqueous	Mg(OH)₂	−926.8
Magnesium oxide	Solid	MgO	−601.6
Magnesium sulfate	Solid	MgSO₄	−1278.2
Manganese	Solid	Mn	0
Manganese(II) oxide	Solid	MnO	−384.9
Manganese(IV) oxide	Solid	MnO₂	−519.7
Manganese(III) oxide	Solid	Mn₂O₃	−971
Manganese(II,III) oxide	Solid	Mn₃O₄	−1387
Permanganate	Aqueous	MnO⁻ ₄	−543
Mercury(II) oxide (red)	Solid	HgO	−90.83
Mercury sulfide (red, cinnabar)	Solid	HgS	−58.2
Nitrogen	Gas	N₂	0
Ammonia (ammonium hydroxide)	Aqueous	NH₃ (NH₄OH)	−80.8
Ammonia	Gas	NH₃	−46.1
Ammonium nitrate	Solid	NH₄NO₃	−365.6
Ammonium chloride	Solid	NH₄Cl	−314.55
Nitrogen dioxide	Gas	NO₂	33.2
Hydrazine	Gas	N₂H₄	95.4
Hydrazine	Liquid	N₂H₄	50.6
Nitrous oxide	Gas	N₂O	82.05
Nitric oxide	Gas	NO	90.29
Dinitrogen tetroxide	Gas	N₂O₄	9.16
Dinitrogen pentoxide	Solid	N₂O₅	−43.1
Dinitrogen pentoxide	Gas	N₂O₅	11.3
Nitric acid	Aqueous	HNO₃	−207
Monatomic oxygen	Gas	O	249
Oxygen	Gas	O₂	0
Ozone	Gas	O₃	143
White phosphorus	Solid	P₄	0
Red phosphorus	Solid	P	−17.4^[5]
Black phosphorus	Solid	P	−39.3^[5]
Phosphorus trichloride	Liquid	PCl₃	−319.7
Phosphorus trichloride	Gas	PCl₃	−278
Phosphorus pentachloride	Solid	PCl₅	−440
Phosphorus pentachloride	Gas	PCl₅	−321
Phosphorus pentoxide	Solid	P₂O₅	−1505.5^[6]
Potassium bromide	Solid	KBr	−392.2
Potassium carbonate	Solid	K₂CO₃	−1150
Potassium chlorate	Solid	KClO₃	−391.4
Potassium chloride	Solid	KCl	−436.68
Potassium fluoride	Solid	KF	−562.6
Potassium oxide	Solid	K₂O	−363
Potassium nitrate	Solid	KNO₃	−494.5
Potassium perchlorate	Solid	KClO₄	−430.12
Silicon	Gas	Si	368.2
Silicon carbide	Solid	SiC	−74.4,^[7] −71.5^[8]
Silicon tetrachloride	Liquid	SiCl₄	−640.1
Silica (Quartz)	Solid	SiO₂	−910.86
Silver bromide	Solid	AgBr	−99.5
Silver chloride	Solid	AgCl	−127.01
Silver iodide	Solid	AgI	−62.4
Silver oxide	Solid	Ag₂O	−31.1
Silver sulfide	Solid	Ag₂S	−31.8
Sodium	Solid	Na	0
Sodium	Gas	Na	107.5
Sodium bicarbonate	Solid	NaHCO₃	−950.8
Sodium carbonate	Solid	Na₂CO₃	−1130.77
Sodium chloride	Aqueous	NaCl	−407.27
Sodium chloride	Solid	NaCl	−411.12
Sodium chloride	Liquid	NaCl	−385.92
Sodium chloride	Gas	NaCl	−181.42
Sodium chlorate	Solid	NaClO₃	−365.4
Sodium fluoride	Solid	NaF	−569.0
Sodium hydroxide	Aqueous	NaOH	−469.15
Sodium hydroxide	Solid	NaOH	−425.93
Sodium hypochlorite	Solid	NaOCl	−347.1
Sodium nitrate	Aqueous	NaNO₃	−446.2
Sodium nitrate	Solid	NaNO₃	−424.8
Sodium oxide	Solid	Na₂O	−414.2
Sulfur (monoclinic)	Solid	S₈	0.3
Sulfur (rhombic)	Solid	S₈	0
Hydrogen sulfide	Gas	H₂S	−20.63
Sulfur dioxide	Gas	SO₂	−296.84
Sulfur trioxide	Gas	SO₃	−395.7
Sulfuric acid	Liquid	H₂SO₄	−814
Titanium	Gas	Ti	468
Titanium tetrachloride	Gas	TiCl₄	−763.2
Titanium tetrachloride	Liquid	TiCl₄	−804.2
Titanium dioxide	Solid	TiO₂	−944.7
Zinc	Gas	Zn	130.7
Zinc chloride	Solid	ZnCl₂	−415.1
Zinc oxide	Solid	ZnO	−348.0
Zinc sulfate	Solid	ZnSO₄	−980.14

Aliphatic hydrocarbons[edit]

Formula	Name	Δ_fH^⦵ /(kcal/mol)	Δ_fH^⦵ /(kJ/mol)
Straight-chain
CH₄	Methane	−17.9	−74.9
C₂H₆	Ethane	−20.0	−83.7
C₂H₄	Ethylene	12.5	52.5
C₂H₂	Acetylene	54.2	226.8
C₃H₈	Propane	−25.0	−104.6
C₄H₁₀	n-Butane	−30.0	−125.5
C₅H₁₂	n-Pentane	−35.1	−146.9
C₆H₁₄	n-Hexane	−40.0	−167.4
C₇H₁₆	n-Heptane	−44.9	−187.9
C₈H₁₈	n-Octane	−49.8	−208.4
C₉H₂₀	n-Nonane	−54.8	−229.3
C₁₀H₂₂	n-Decane	−59.6	−249.4
C₄ Alkane branched isomers
C₄H₁₀	Isobutane (methylpropane)	−32.1	−134.3
C₅ Alkane branched isomers
C₅H₁₂	Neopentane (dimethylpropane)	−40.1	−167.8
C₅H₁₂	Isopentane (methylbutane)	−36.9	−154.4
C₆ Alkane branched isomers
C₆H₁₄	2,2-Dimethylbutane	−44.5	−186.2
C₆H₁₄	2,3-Dimethylbutane	−42.5	−177.8
C₆H₁₄	2-Methylpentane (isohexane)	−41.8	−174.9
C₆H₁₄	3-Methylpentane	−41.1	−172.0
C₇ Alkane branched isomers
C₇H₁₆	2,2-Dimethylpentane	−49.2	−205.9
C₇H₁₆	2,2,3-Trimethylbutane	−49.0	−205.0
C₇H₁₆	3,3-Dimethylpentane	−48.1	−201.3
C₇H₁₆	2,3-Dimethylpentane	−47.3	−197.9
C₇H₁₆	2,4-Dimethylpentane	−48.2	−201.7
C₇H₁₆	2-Methylhexane	−46.5	−194.6
C₇H₁₆	3-Methylhexane	−45.7	−191.2
C₇H₁₆	3-Ethylpentane	−45.3	−189.5
C₈ Alkane branched isomers
C₈H₁₈	2,3-Dimethylhexane	−55.1	−230.5
C₈H₁₈	2,2,3,3-Tetramethylbutane	−53.9	−225.5
C₈H₁₈	2,2-Dimethylhexane	−53.7	−224.7
C₈H₁₈	2,2,4-Trimethylpentane (isooctane)	−53.5	−223.8
C₈H₁₈	2,5-Dimethylhexane	−53.2	−222.6
C₈H₁₈	2,2,3-Trimethylpentane	−52.6	−220.1
C₈H₁₈	3,3-Dimethylhexane	−52.6	−220.1
C₈H₁₈	2,4-Dimethylhexane	−52.4	−219.2
C₈H₁₈	2,3,4-Trimethylpentane	−51.9	−217.1
C₈H₁₈	2,3,3-Trimethylpentane	−51.7	−216.3
C₈H₁₈	2-Methylheptane	−51.5	−215.5
C₈H₁₈	3-Ethyl-3-Methylpentane	−51.4	−215.1
C₈H₁₈	3,4-Dimethylhexane	−50.9	−213.0
C₈H₁₈	3-Ethyl-2-Methylpentane	−50.4	−210.9
C₈H₁₈	3-Methylheptane	−60.3	−252.5
C₈H₁₈	4-Methylheptane	?	?
C₈H₁₈	3-Ethylhexane	?	?
C₉ Alkane branched isomers (selected)
C₉H₂₀	2,2,4,4-Tetramethylpentane	−57.8	−241.8
C₉H₂₀	2,2,3,3-Tetramethylpentane	−56.7	−237.2
C₉H₂₀	2,2,3,4-Tetramethylpentane	−56.6	−236.8
C₉H₂₀	2,3,3,4-Tetramethylpentane	−56.4	−236.0
C₉H₂₀	3,3-Diethylpentane	−55.7	−233.0

Other organic compounds[edit]

Species	Phase	Chemical formula	Δ_fH^⦵ /(kJ/mol)
Acetone	Liquid	C₃H₆O	−248.4
Benzene	Liquid	C₆H₆	48.95
Benzoic acid	Solid	C₇H₆O₂	−385.2
Carbon tetrachloride	Liquid	CCl₄	−135.4
Carbon tetrachloride	Gas	CCl₄	−95.98
Ethanol	Liquid	C₂H₅OH	−277.0
Ethanol	Gas	C₂H₅OH	−235.3
Glucose	Solid	C₆H₁₂O₆	−1271
Isopropanol	Gas	C₃H₇OH	−318.1
Methanol (methyl alcohol)	Liquid	CH₃OH	−238.4
Methanol (methyl alcohol)	Gas	CH₃OH	−201.0
Methyl linoleate (Biodiesel)	Gas	C₁₉H₃₄O₂	−356.3
Sucrose	Solid	C₁₂H₂₂O₁₁	−2226.1
Trichloromethane (Chloroform)	Liquid	CHCl₃	−134.47
Trichloromethane (Chloroform)	Gas	CHCl₃	−103.18
Vinyl chloride	Solid	C₂H₃Cl	−94.12

References[edit]

^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the «Gold Book») (1997). Online corrected version: (2006–) «standard pressure». doi:10.1351/goldbook.S05921
^ Oxtoby, David W; Pat Gillis, H; Campion, Alan (2011). Principles of Modern Chemistry. p. 547. ISBN 978-0-8400-4931-5.
^ Moore, Stanitski, and Jurs. Chemistry: The Molecular Science. 3rd edition. 2008. ISBN 0-495-10521-X. pages 320–321.
^ «Enthalpies of Reaction». www.science.uwaterloo.ca. Archived from the original on 25 October 2017. Retrieved 2 May 2018.
^ ^a ^b Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Inorganic Chemistry (2nd ed.). Prentice Hall. p. 392. ISBN 978-0-13-039913-7.
^ Green, D.W., ed. (2007). Perry’s Chemical Engineers’ Handbook (8th ed.). Mcgraw-Hill. p. 2–191. ISBN 9780071422949.
^ Kleykamp, H. (1998). «Gibbs Energy of Formation of SiC: A contribution to the Thermodynamic Stability of the Modifications». Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie. 102 (9): 1231–1234. doi:10.1002/bbpc.19981020928.
^ «Silicon Carbide, Alpha (SiC)». March 1967. Retrieved 5 February 2019.

Zumdahl, Steven (2009). Chemical Principles (6th ed.). Boston. New York: Houghton Mifflin. pp. 384–387. ISBN 978-0-547-19626-8.

External links[edit]

NIST Chemistry WebBook

Источник

ВЫЧИСЛЕНИЕ
СТАНДАРТНЫХ ТЕПЛОТ ОБРАЗОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ
И ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Расчет
стандартной теплоты образования веществ

Пример.
Вычислите стандартную теплоту образования
этана, если известна теплота его сгорания:
ΔН^о_сгор.=
–1560 кДж/моль.

Решение.
Напишем
уравнение реакции таким образом, чтобы
перед
формулой этана стехиометрический
коэффициент был равен
1:

С₂Н₆
+ 3,5О₂
= 2СО₂
+ 3Н₂О

ΔН^о_обр.
0 2·(–393)·
3·(–286)

ΔН^о_сгор.=
ΔН^о_р.
= (–286)·3.+ (–393)·2 – ΔН^о_обр.=
–1560 кДж/моль,

ΔН^о_обр.
= 1560 – 286·3 – 393·2 = –84 кДж/моль.

Пример. Определите
стандартную теплоту образования
этилового спирта, если теплоты сгорания
углерода, водорода и этилового спирта
соответственно равны:

–393,51; –285,84; –1366,91
кДж/моль.

Решение.
Стандартная
теплота образования вещества равна
теплоте реакции образования одного
моля этого вещества из простых веществ
при стандартных условиях.

Образование
этилового спирта из простых веществ
можно представить так: 2С + 3Н₂
+ ¹/₂О₂
= С₂Н₅ОН.
Углерод сгорает до СО₂,
водород – до Н₂О,
а этиловый спирт–до СО₂
и Н₂О.
Следовательно, для определения стандартной
теплоты образования C₂H₅ОH
составим следующий цикл Гесса:

1. 2С
+ 2О₂
= 2СО₂
–393,51·2

2. 3Н₂+
³/₂О₂
= 3Н₂О
–285,84·3

3.
2СО₂+
ЗН₂О
= С₂Н₅ОН
+ 3О₂
+1366,91

(1) + (2) + (3)

2С +
3Н₂
+ ¹/₂О₂
= С₂Н₅ОН
–277,6 кДж/моль

–393,51·2 –285,84·3 +
1366,91 = –277,6

Стандартная теплота
образования этилового спирта равна:

ΔН^о₂₉₈
= –277,6
кДж/моль.

Расчет теплового
эффекта реакции по стандартным теплотам
образования реагирующих веществ

Пример. Определите
количество теплоты, выделяющееся при
гашении

100 кг
извести водой, если стандартные теплоты
образования реагирующих веществ равны
(кДж/моль): ΔН^о(СаО_(к))=
–635,1; ΔН^о(Са(ОН)_2(к))=
–986,2;

ΔН^о(Н₂О_(ж))=
–285,84.

Решение.
Реакция
гашения извести: СaO
+ H₂О
= Са(ОН)₂.
Тепловой эффект реакции равен

∆Hº_p
=
Σ∆Hº_обр.(_прод.)
– Σ∆Hº_обр.(_исх..)

ΔН^о_р.
= ΔН^о(Са(ОН)_2(к))
–[ΔН^о(СаО_(к))+
ΔН^о(Н₂О_(ж))]

= –986,2+635,1 +285,84 =
–65,3 кДж/моль.

Тепловой эффект
реакции рассчитан на 1 моль СаО, т.е. на
56 г СаО. При гашении 100 кг СаО выделяется
тепловая энергия:

56 г СаО —
(–65,3) кДж

100 000
г СаО — х
кДж

х
= (100
000·(–65,3)) /56
= –1,16·10⁵
кДж.

Расчет теплового
эффекта реакции по стандартным теплотам
сгорания реагирующих веществ

Пример. Определите
тепловой эффект реакции синтеза акриловой
кислоты:

+
СО+ Н₂О_(ж)
→ СН₂=СН–СООН_(ж),

если стандартные
теплоты сгорания ацетилена, оксида
углерода и акриловой кислоты соответственно
равны (кДж/моль): –1299,63, –282,50 и –1370,0.

Решение.
Из
закона Гесса следует, что тепловой
эффект реакции равен разности между
суммой теплот сгорания исходных веществ
и суммой теплот сгорания продуктов
реакции (ΔН^о_сгор..н₂о=0,
так как Н₂О
– высший оксид);

∆Hº_p
=
Σ∆Hº_сгор.(_исх.)
– Σ∆Hº_сгор.(_прод.)

ΔН^о
= ΔН^о_сгор.(СН=СН)
+ ΔН^о_сгор.(СО)
– ΔН^о_сгор.
(СН₂=СН–СООН_(ж))=

–1299,63 – 282,50 + 1370,0
= –212,13 кДж/моль.

ВЫЧИСЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
ЭНЕРГИИ ГИББСА

Определение
возможности протекания процесса по
величине изменения энергии Гиббса.

Пример. Возможна
ли следующая реакция в стандартных
условиях:

SiО₂
_(к)
+ 2NaОH
₍_p₎
= Na₂SiО₃
_(к)
+ Н₂О
_(ж)

если
ΔG^о(SiО_2

(к))
= –803,75 кДж/моль; ΔG^о
(Na₂SiО₃
_(к))=
–1427,8 кДж/моль;

ΔG^о
(NaОH₍_p₎)
= –419,5 кДж/моль; ΔG^о
(Н₂О
_(ж))
= –237,5 кДж/моль?

Можно ли выпаривать
щелочь в стеклянном сосуде?

Решение.
Изменение
энергии Гиббса ΔG^о₂₉₈
реакции
равно:

ΔG^о
=
ΣG^о_прод.
– ΣG^о_исх.;

ΔG^о₂₉₈
=
(–1427,8 – 237,5) – (–803,75 –419,5·2)=
–22,55 кДж;

ΔG^о₂₉₈
= –22,55
кДж (т. е. ΔG<0),
а следовательно, данная реакция возможна.
Щелочь нельзя выпаривать в стеклянном
сосуде, так как в состав стекла входит
SiО₂.

Пример. Вычислить
ΔG^о
для реакции 2Н_2

(г)+О_2

(г)2Н₂О_(г).

при 298, 500, 1000, 1500 К.
Зависимостью ΔН^ои
ΔS^o
от температуры пренебречь. Построить
график зависимости ΔG^оот
температуры и найти по графику температуру,
ниже которой указанная реакция в
стандартных условиях может протекать
самопроизвольно.

Решение.
Согласно
уравнению ΔG
= ΔН
– TΔS
влияние
температуры на ΔG
определяется
знаком и величиной ΔS.
Если
пренебречь влиянием Т
на
значения ΔН
и ΔS,
то приведённая зависимость ΔG
=ƒ(T)
является уравнением прямой, наклон
которой определяется знаком ΔS.
при ΔS>0
прямая идет вниз, при ΔS<0
– вверх.

Определим
величину ΔН°₂₉₈
(исходные данные берем из табл.1)

∆Hº_p
=
Σ∆Hº_обр.(_прод.)
– Σ∆Hº_обр.(_исх..)

ΔН°₂₉₈
= 2ΔН°_обр.(H₂O)
– (2ΔН°_обр.(H₂)
+ 2ΔН°_обр.(O₂)
= 2ΔН°_обр.(H₂O)
=

=2(-241,84)
= –483,68 (кДж) (на 2 моляH₂O)

ΔН°_обр.(Н₂О)
= 0,5(–483,8)
= –241,89 кДж/моль.<0

Следовательно,
реакция экзотермическая.

Определим
изменение энтропии
данной реакции в стандартных условиях
ΔS°₂₉₈(исходные
данные берем из табл.1)

ΔS^о
=
ΣS^о_прод_.
– ΣS^о_исх_.:

ΔS°₂₉₈=
2S°_298.(H₂O)
– [2S°_298.(H₂)
+ S°_298.(O₂)]=
2·188,74
– (2·130.6 +
205) =

–98,6(Дж/
К) = –0,0986(кДж/ К)
< 0, ΔG
=ƒ(T)
прямая
идет вверх.

Определим
изменение энергии Гиббса ΔG°₂₉₈в
стандартных условиях (исходные
данные берем из табл.1):

ΔG^о
=
ΣG^о_прод.
– ΣG^о_исх.;

ΔG°₂₉₈
=
2ΔG°_298.(H₂O)
– [2ΔG°₂₉₈(H₂)
– ΔG°₂₉₈(O₂)]=
2(–228,8)
=
–457,6 кДж.

Отрицательная
величина ΔG°₂₉₈
свидетельствует
о том, что в стандартных
условиях реакция самопроизвольно
протекает в
прямом направлении.

ΔG°₂₉₈=
ΔН°₂₉₈–
298·ΔS⁰₂₉₈=
–483,68 – 298·(–0,0986) = –457,6кДж

ΔG°₅₀₀=
ΔН°₂₉₈–
500·ΔS⁰₂₉₈=
–483,68 – 500·(–0,0986) = –434,38кДж

ΔG°₁₀₀₀=
ΔН°₂₉₈–
1000·ΔS⁰₂₉₈=
–483,68 – 1000·(–0,0986) = –385,08кДж

ΔG°₁₅₀₀=
ΔН°₂₉₈–
1500·ΔS⁰₂₉₈=
–483,68 – I500·(–0,0986) = –335,78 кДж

Построим
график ΔG°_Т
=f(Т):

Температура
перехода ~4500
К

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Материалы из методички: Сборник задач по теоретическим основам химии для студентов заочно-дистанционного отделения / Барботина Н.Н., К.К. Власенко, Щербаков В.В. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. -155 с.

Тепловой эффект процесса

Термохимические уравнения

Закон Гесса

Следствия из закона Гесса

Стандартные термодинамические величины

Стандартные энтальпии образования и сгорания

Примеры решения задач

Задачи для самостоятельного решения

Тепловой эффект процесса

Количество выделенной (или поглощенной) теплоты Q в данном процессе называют тепловым эффектом процесса. Экзотермической является реакция, протекающая с выделением теплоты, а эндотермической – с поглощением теплоты из окружающей среды.

Для лабораторных и промышленных процессов наиболее типичен изобарный режим (Р=const). Поэтому обычно рассматривают тепловой эффект при Р,Т = const, т.е. изменение энтальпии процесса ΔН.

Следует отметить, что абсолютные значения энтальпии Н определить не представляется возможным, так как не известна абсолютная величина внутренней энергии.

Для экзотермической реакции (Q > 0) ΔН < 0, а в эндотермическом процессе (Q < 0) ΔН > 0.

Термохимические уравнения

Химические уравнения, в которых дополнительно указывается величина изменения энтальпии реакции, а также агрегатное состояние веществ и температура, называются термохимическими уравнениями.

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.

Важно подчеркнуть, что с термохимическими уравнениями можно проводить алгебраические операции сложения, вычитания, деления, умножения.

Закон Гесса

Изменение энтальпии (внутренней энергии) химической реакции зависит от вида, состояния и количества исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути процесса.

Следствия из закона Гесса

Изменение энтальпии реакции равно сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ (суммирование проводится с учетом стехиометрических коэффициентов).
Изменение энтальпии реакции равно сумме энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом суммы энтальпий сгорания продуктов реакции (суммирование проводится с учетом стехиометрических коэффициентов).

Стандартные термодинамические величины

Стандартные термодинамические величины – это такие величины, которые относятся к процессам, все ингредиенты которых находятся в стандартных состояниях.

Стандартным состоянием вещества, находящегося в конденсированной фазе (кристаллической или жидкой), является реальное состояние вещества, находящегося при данной температуре и давлении 1 атм.

Следует подчеркнуть, что стандартное состояние может иметь место при любой температуре.

Обычно тепловой эффект (изменение энтальпии) реакции приводится для температуры 25^оС (298,15 К) и давления 101,325 кПа (1 атм), т.е. указывается стандартная энтальпия ΔН^о₂₉₈.

Стандартные энтальпии образования и сгорания

Стандартная энтальпия образования ΔН^о_f,298 (или ΔН^о_обр,298) – это изменение энтальпии в процессе образования данного вещества (обычно 1 моль), находящегося в стандартном состоянии, из простых веществ, также находящихся в стандартном состоянии, причем простые вещества присутствуют в наиболее термодинамически устойчивых состояниях при данной температуре.

Например, ΔН^o_f,298(Н₂О(ж)) = — 285,83 кДж/моль соответствует изменению энтальпии в процессе

Н_2(г) + ½O_2(г) = Н₂О_(ж)

при Т = 298,15 К и Р = 1 атм.

Стандартная энтальпия образования простых веществ равна нулю по определению (для наиболее устойчивых их модификаций при данной температуре).

Стандартной энтальпией сгорания ΔН^o_сгор,298 называют энтальпию сгорания вещества (обычно 1 моль), находящегося в стандартном состоянии с образованием СО_2(г), Н₂О_(ж) и других веществ, состав которых должен быть специально указан. Все продукты сгорания также должны находиться в стандартном состоянии.

Примеры решения задач

Задача 1. Используя справочные термодинамические данные вычислить ΔН^o₂₉₈ реакции:

2H₂S(г) + 3O₂(г) = 2SO₂(г) + 2H₂O(ж); ΔН^oх.р.,₂₉₈ = ?

Решение. Решим задачу, используя оба следствия из закона Гесса. Ниже для исходных веществ и продуктов реакции приведены значения энтальпий образования и сгорания в кДж/моль (энтальпия сгорания сероводорода до SO_2(г) и H₂O_(ж)):

Вещество	H₂S(г)	O₂(г)	SO₂(г)	H₂O(ж)
ΔН^o_f,298	-20,60	0	-296,90	-285,83
ΔН^o_сгор,298	-562,10	0	0	0

Cогласно первому следствию закона Гесса энтальпия этой реакции ΔН^о_х.р. равна:

ΔН^о_х.р.,298 = 2ΔН^о_f,298(SO_2(г)) + 2ΔН^о_f,298(H₂O_(ж)) — 2ΔН^о_f,298(H₂S_(г)) — 3ΔН^о_f,298(O_2(г)) = 2(- 296,90) + 2(- 285,83) — 2(- 20,60) = — 1124,21 кДж.

В соответствии со вторым следствием закона Гесса получаем:

ΔН^о_х.р.,298 = 2ΔН^о_сгор,298(H₂S(г)) = 2(-562,10) = — 1124,20 кДж.

Задача 2. Вычислите ΔН^о₂₉₈ реакции N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г), используя следующие данные:

4NH_3(г) + 3O_2(г) = 2N_2(г) + 6H₂O_(ж); ΔН^о₁ = -1531,22 кДж;

2H₂O_(ж) = O_2(г) + 2H_2(г); ΔН^о₂= 571,66 кДж.

Определите стандартную энтальпию образования NH₃(г).

Решение. Поскольку с термохимическими уравнениями можно производить все алгебраические действия, то искомое уравнение получится, если:

- - разделить на два тепловой эффект первого уравнения и изменить его знак на противоположный, т.е:

N_2(г) + 3H₂O_(ж) = 2NH_3(г) + 3/2O_2(г); ΔН^о = 765,61 кДж;

- - умножить на 3/2 второе уравнение и соответствующую ему величину δН^o , изменив ее знак на противоположный:

3/2O_2(г) + 3H_2(г) = 3H₂O_(ж); ΔН^о = -857,49 кДж;

- - сложить полученные первое и второе уравнения.

Таким образом, тепловой эффект реакции N_2(г) + 3H_2(г) = 2NH_3(г) равен:

Δ Н^о₂₉₈ = (- ΔН^о₁/2) + (- 3/2·ΔН^о₂) = 765,61 + (- 857,49) = — 91,88 кДж.

Поскольку в рассматриваемой реакции образуется 2 моль NH_3(г), то

ΔН^о_f,298(NH_3(г)) = — 91,88/2 = — 45,94 кДж/моль.

Задача 3. Определите энтальпию процесса

CuSO_4(к) + 5H₂O_(ж) = CuSO₄·5H₂O_(к)

если при 298,15 К энтальпия растворения CuSO_4(к) в n моль Н₂О с образованием раствора CuSO₄(р-р, nH₂O) равна –40, а энтальпия растворения CuSO₄·5H₂O_(к) с образованием раствора той же концентрации равна +10,5 кДж/моль.

Решение. Составляем цикл Гесса:

ΔН^о₁ = ΔН^о₂+ ΔН^о_х (по закону Гесса). Отсюда получаем:

ΔН^о_х = ΔН^о₁ – ΔН^о₂ = – 40,0 – 10,5 = -50,5 кДж.

Другой вариант решения.

CuSO_4(к) + (n H₂O) = CuSO₄(р-р, n H₂O); ΔН^о₁ = – 40,0 кДж; (1)

CuSO_4(к) + 5H₂O(ж) = CuSO₄·5H₂O(к); ΔН^о_х = Н^о₂; (2)

CuSO₄·5H₂O_(к)+ (n – 5)H₂O = CuSO₄(р-р, nH₂O); ΔН^о₃ = 10,5 кДж. (3)

По закону Гесса: ΔН^о₁ = ΔН^о_х+ ΔН^о₃, т.е. при сложении уравнений (2) и (3) получим уравнение (1).

Задача 4. Вычислите энтальпию образования химической связи С= С в молекуле этилена, если его стандартная энтальпия образования равна 52,3 кДж/моль, энтальпия возгонки графита составляет 716,7 кДж/моль, энтальпия атомизации водорода равна +436,0 кДж/моль, энтальпия образования связи С–Н равна –414,0 кДж/моль.

Решение. Составляем цикл Гесса:

ΔН^о_f,298(С₂Н_4(г)) = 2ΔН^о_возг(С_{(графит)}) + 2ΔН^о_атом(H_2(г)) + ΔН^о_(С= С) + 4ΔН^о_(С–Н).

ΔН^о_(С = С) = 52,3 — 2·716,7 — 2·436,0 + 4·414,0 = — 597,1 кДж/моль.

Задачи для самостоятельного решения

1. Составьте уравнение реакции, для которой ΔН^о соответствует стандартной энтальпии образования ВaCl₂·2H₂O_(к).

2. Определить ΔН^о₂₉₈ реакции:

CH₃CНO_(ж) + H_2(г) = CH₃CH₂OH_(ж),

если ΔН^о_сгор,298(CH₃CНO_(ж)) = — 1193,07 кДж/моль; ΔН^о_сгор,298(CH₃CH₂OH_(ж)) = — 1370,68 кДж/моль; ΔН^о_f,298(Н₂О_(ж)) = — 285,83 кДж/моль.

10.3. Энтальпии растворения BaCl_2(к) и BaCl₂·2H₂O_(к) с образованием раствора хлорида бария (с мольным отношением BaCl₂: H₂O = 1: 500) соответственно равны –11,18 и 18,74 кДж/моль.
Определить величину ΔН^о присоединения воды к BaCl_2(к) с образованием BaCl₂·2H₂O_(к).

10.4. Рассчитать энтальпию связи в молекуле NO на основании следующих термохимических уравнений:

N_2(г) + O_2(г) = 2NO_(г); ΔН^о₂₉₈ = +182,52 кДж;

2O_(г) = O_2(г); ΔН^о₂₉₈ = — 498,34 кДж;

N_2(г) = 2N_(г); ΔН^о₂₉₈ = +945,42 кДж.

10.5. Вычислить ΔН^о₂₉₈ реакции 2C(г) + 2H₂(г) = C₂H₄(г), используя следующие термохимические уравнения:

С_{(графит)} = С_(г); ΔН^о₂₉₈ = +716,67 кДж;
С₂H_4(г) + 3O_2(г) = 2CO_2(г) + 2H₂O_(г); ΔН^о₂₉₈ = — 1322,94 кДж;
C_{(графит)} + O_2(г) = CO_2(г); ΔН^о₂₉₈ = — 393,51 кДж;

H_2(г) + 1/2O_2(г) = H₂O_(г); ΔН^о₂₉₈ = — 241,81 кДж.

10.6. Определите стандартную энтальпию реакции взаимодействия метана с оксидом углерода (IV), если стандартные энтальпии образования метана, оксида углерода (IV) и оксида углерода (II) при 298 К равны соответственно: -75; -393 и -111 кДж/моль.

7. Определите стандартную энтальпию образования С₂Н₅ОН_(ж), если стандартные энтальпии сгорания углерода, водорода и этанола при 298 К равны соответственно: -393; -286 и -1366 кДж/моль.

8. Вычислите энтальпию химической реакции 4KClO_3(к)=KCl_(к)+3KClO_4(к) по следующим данным:

2KClO_3(к)=2KCl_(к)+3O_2(г); ΔН^о₂₉₈ = — 95 кДж;
4KClO_4(к)=KCl_(к)+2O_2(г); ΔН^о₂₉₈ = 9 кДж/моль.

9. Вычислите среднюю энтальпию связи P-Cl в молекуле PCl₅, используя следующие термохимические уравнения:

P_{(к, бел.)}+5/2Cl_2(г)=PCl_5(г); ΔН^о₁ = — 374,8 кДж;
P_{(к, бел.)}=P_(г); ΔН^о₂ = — 17,4 кДж;
Cl_2(г)=2Cl_(г); ΔН^о₃ = 242,6 кДж.

10. Вычислите среднюю энтальпию связи N-H в молекуле NH₃, используя следующие термохимические уравнения:

1/2N_2(г)+3/2H_2(г)=NH_3(г); ΔН^о₁ = — 46,2 кДж;
N_2(г)=2N_(г); ΔН^о₂ = 945,4 кДж;
H_2(г)=2H_(г); ΔН^о₃ = 436,0 кДж.

Источник

Поговорим о том, что представляет собой теплота образования, а также определим те условия, которые называют стандартными. Для того чтобы разобраться в данном вопросе, выясним отличия между простыми и сложными веществами. Чтобы закрепить понятие «теплота образования», рассмотрим конкретные химические уравнения.

Стандартная энтальпия образования веществ

В реакции взаимодействия углерода с газообразным водородом выделяется 76 кДж энергии. В этом случае данная цифра – это тепловой эффект химической реакции. Но это и теплота образования молекулы метана из простых веществ. «Почему?» — спросите вы. Это объясняется тем, что исходными компонентами были углерод и водород. 76 кДж/моль будет той энергией, которая химиками называется «теплота образования».

Таблицы с данными

В термохимии существуют многочисленные таблицы, в которых указаны теплоты образования различных химических веществ из простых веществ. Например, теплота образования вещества, формула которого CO₂, в газообразном состоянии имеет показатель 393,5 кДж/моль.

Практическое значение

Зачем нужны данные величины? Теплота образования — это величина, которая применяется при проведении расчета теплового эффекта любого химического процесса. Для того чтобы проводить подобные расчёты, потребуется применение закона термохимии.

Термохимия

Он является основным законом, который объясняет энергетические процессы, наблюдаемые в процессе осуществления химической реакции. Во время взаимодействия наблюдаются качественные преобразования в реагирующей системе. Одни вещества исчезают, вместо них появляются новые компоненты. Такой процесс сопровождается изменением в системе внутренней энергии, проявляется это в виде работы либо теплоты. Работа, которая связана с расширением, для химических превращений имеет минимальный показатель. Теплота, выделяемая при превращении одного компонента в другое вещество, может быть большой величиной.

Если рассматривать разнообразные превращения, практически для всех наблюдается поглощение либо выделение определенного количества тепла. Для объяснения происходящих явлений был создан специальный раздел – термохимия.

Закон Гесса

Благодаря первому началу термодинамики стало возможным проводить расчет теплового эффекта в зависимости от условий проведения химической реакции. Базируются расчеты на основном законе термохимии, а именно на законе Гесса. Приведем его формулировку: тепловой эффект химического превращения связан с природой, начальным и конечным состоянием вещества, он не связан с путем проведения взаимодействия.

Что следует из данной формулировки? В случае получения определенного продукта нет необходимости применять только один вариант взаимодействия, можно проводить реакцию разнообразными способами. В любом случае, как бы вы ни получали искомое вещество, тепловой эффект процесса будет неизменной величиной. Для его определения нужно суммировать тепловые эффекты всех промежуточных превращений. Благодаря закону Гесса стало возможным выполнение расчетов числовых показателей тепловых эффектов, что невозможно провести в калориметре. К примеру, количественно теплота образования вещества угарного газа вычисляется по закону Гесса, а вот путем обычных опытов определить ее вам не удастся. Именно поэтому так важны специальные термохимические таблицы, в которых внесены цифровые величины для различных веществ, определенные при стандартных условиях

Важные моменты в вычислениях

Учитывая то, что теплота образования — это тепловой эффект реакции, особое значение имеет агрегатное состояние рассматриваемого вещества. Например, при проведении измерений принято считать стандартным состоянием углерода графит, а не алмаз. Также учитывают давление и температуру, то есть те условия, в которых изначально находились реагирующие компоненты. Данные физические величины способны оказывать на взаимодействие существенное влияние, повышают либо понижают величину энергии. Для того чтобы выполнять основные расчеты, в термохимии принято использовать конкретные показатели давления и температуры.

Стандартные условия

Поскольку теплота образования вещества — это определение величины энергетического эффекта именно при стандартных условиях, выделим их отдельно. Температура для расчетов выбирается 298 К (25 градусов по шкале Цельсия), давление – 1 атмосфера. Кроме того, важным моментом, на который стоит обратить внимание, является тот факт, что теплота образования для любых простых веществ равна нулю. Это логично, ведь простые вещества не образуют сами себя, то есть не происходит расходования энергии для их возникновения.

Элементы термохимии

Данный раздел современной химии имеет особое значение, ведь именно здесь проводят важные вычисления, получают конкретные результаты, применяемые в теплоэнергетике. В термохимии существует множество понятий и терминов, которыми важно оперировать, чтобы получать желаемые результаты. Энтальпия (ΔН) свидетельствует о том, что химическое взаимодействие происходило в замкнутой системе, не было влияния на реакцию со стороны других реагентов, постоянным было давление. Такое уточнение позволяет вести речь о точности выполняемых расчетов.

В зависимости от того, какую именно реакцию рассматривают, величина и знак получаемого теплового эффекта могут существенно отличаться. Так, для всех превращений, предполагающих разложение одного сложного вещества на несколько более простых компонентов, предполагается поглощение теплоты. Реакции соединения множества исходных веществ в один, более сложный продукт сопровождаются выделением существенного количества энергии.

Заключение

При решении любой термохимической задачи применяют один и тот же алгоритм действий. Сначала по таблице определяют для каждого исходного компонента, а также для продуктов реакции величину теплоты образования, не забывая об агрегатном состоянии. Далее, вооружившись законом Гесса, составляют уравнение для определения искомой величины.

Особое внимание следует уделять учету стереохимических коэффициентов, имеющихся перед исходными либо конечными веществами в конкретном уравнении. Если в реакции есть простые вещества, то их стандартные теплоты образования равны нулю, то есть такие компоненты не оказывают влияния на получаемый при расчётах результат. Попробуем использовать полученную информацию на конкретной реакции. Если взять в качестве примера процесс образования из оксида железа (Fe³⁺) чистого металла путем взаимодействия с графитом, то в справочнике можно найти величины стандартной теплоты образования. Для оксида железа (Fe³⁺) она составит –822,1 кДж/моль, для графита (простого вещества) она равна нулю. В результате реакции образуется угарный газ (CO), для которого данный показатель имеет значение – 110,5 кДж/моль, а для выделяющегося железа теплота образования соответствует нулю. Запись стандартной теплоты образования данного химического взаимодействия характеризуется следующим образом:

ΔН_о298 = 3× (–110,5) – (–822,1) = –331,5 + 822,1 = 490,6 кДж.

Анализируя полученный по закону Гесса числовой результат, можно сделать закономерный вывод о том, что данный процесс является эндотермическим превращением, то есть он предполагает затрачивание энергии на реакцию восстановления железа из его трехвалентного оксида.

Источник

Стандартное состояние вещества

Простые и сложные вещества

Стандартные теплоты образования

Hess’s law[edit]

Ionic compounds: Born–Haber cycle[edit]

Organic compounds[edit]

Use in calculation for other reactions[edit]

Key concepts for enthalpy calculations[edit]

Examples: standard enthalpies of formation at 25 °C[edit]

Inorganic substances[edit]

Aliphatic hydrocarbons[edit]

Other organic compounds[edit]

See also[edit]

References[edit]

External links[edit]

Тепловой эффект процесса

Термохимические уравнения

Закон Гесса

Следствия из закона Гесса

Стандартные термодинамические величины

Стандартные энтальпии образования и сгорания

Примеры решения задач

Задачи для самостоятельного решения

Стандартная энтальпия образования веществ

Таблицы с данными

Практическое значение

Термохимия

Закон Гесса

Важные моменты в вычислениях

Стандартные условия

Элементы термохимии

Заключение

Не пропустите также: