Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 30
Текст из файла (страница 30)
178 С(графит) + Оз(г) = СОз(г), ЬН~ или как результат процесса, протекающего через промежуточную стадию образования и сгорания оксида углерода (П): С(графят) + '/зОэ(г) = СО(г), Ь Н СО(г) + '/,Оз(г) = СОз(г), ЬНз или суммарно С(графит) + Оз(г) = СОз(г), ЬНз + ЬНз Согласно закону Гесса, тепловые эффекты образования СО как непосредственно из простых веп(еств, так и через промежуточную стадию образования и сгорания СО равны (.'сН~ —— ЬН + ЬНз. Приведенные рассуждения можно представить в виде так называемой зитальпийнвй диагралоиы (рис.
109). Различие в уровнях энтальпии исходных веществ, промежуточных и конечных продуктов на диаграмме отвечает аущ„узгвлв тепловым эффектам соответствующих П в) т0 („) реакций. По энтальпнйной диаграмме (рис. 109) или дН приведенному выше равенству нетрудно -)йй с0(г)+(! о (г) СО(г) /г г( вычислить одну из величин ЬН, зная две другие, Как известно, тепловые эффекты -дц образования СОз (ЬН,) и горения СО (ЬНз) )(и определяются экспериментально. Тепловой же эффект образования СО (ЬНз) измерить СОз(г) невозможно, так как при горении углерода в условиях недостатка кислорода образуется смесь СО и СОз. Но теплоту образования Р н с.
!09 Знтальпнйная СО можно рассчитать по известным значениям ЬН~ ( — 393,5 кДж/моль) и сзНз ( — 283,0 йкта кДж/моль); Ь Нз — Ь Н~ — Ь Нз, Ь Нз = — 110,5 кДж/моль. 179 Закон Гесса. В основе термохимических расчетов лежит закон, сформулированный Г.И. Гессом (1841): гасплвввй зу)факт зависит толька вт вида (природы) и состоянья исходных вси)сств и конечных првдуктвв, ив ис зависит вт пути процесса, т.е. вт числа и характера првлсежутвчиых стадий.
Так, образование оксида углорода (!У) из графита и кислорода можно рассматривать или как непосредственный результат взаимодействия простых веществ Энтальпня (теплота) образования. В термохимических расчетах широко используют энтальпии (теплоты) образования веществ. Под энтальпией образования понимают тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества из простых веществ. Обычно используют стандартные энтальпии образования: их обозначают г311„' „з„или ЬН' .„ (часто один из индексов опускают). Стандартные энтальпии образования простых веществ, устойчивых в стандартных условиях (газообраз- аА+ 5В+ ...= Л)+ сЕ+ Т а б л и ц з 18. Стандартная знталынзя образования (г3Н~ ) нека юрых веществ ~Ну,гзз кДж/моль Вещества г3Н' .„, кДж/маль Вещество или Г прзд 7исх' Л!(г) А!з'(р) А1гОз(к) А)г (604 ) з (к ) С(алмаз) СН (г) СО(г) СОг(г) СаСОз(«) СаС!г(к) Сарг(к) СаО(к) Са(ОН) г(к) 326,3 -530,0 -1676 -3442,2 1,828 -74,86 -! 10,5 -393,5 -1206,9 -795,0 -1 220,6 -635,5 -986,8 -285,83 -814,2 -251,2 -435 9 -391,2 -493,2 -425.8 -1301,4 -3384 472,8 90,25 33 -207,5 121,3 -233,6 -167,2 2!7,98 1536,2 0 -34, 1 -92,8 -270,9 26,6 -46,19 -174,3 -241,82 108,3 606,1 -411,1 -425,6 -И84,6 246,8 !42,3 -230,2 0,38 -296,9 -396,1 -439,0 -350,6 С!(г) С1 (г) С1-(Р) Н(г) Н'(г) Н" (р) НВг(г) НС1(г) НГ(г) Н1(г) НзХ(г) ННОз(ж) НгО(г) 180 НгО(ж) НгВОз(ж) К'(р) КС1(к) КС!Оз(к) КХОз(к) КОН(к) 51860з(ь) М8604 7Н 0(к) )4(г) МО(г) НОг(г) !40,,(Р) Мз(г) !4а'(г) !4аС1(к) !4аОН(к) Хаг80з(к) 0(г) Оз(г) ОН (р) 6(мон оклик.
) НОг(г) 80з(г) Воз(ж) ХнО(к) ный кислород, жидкий бром, кристаллический иод, ромбическая сера, графит и т.д.), принимают равным нулю. Стандартные энтальпии образования некоторых веществ приведены в табл. 18. Согласно закону Гесса тепловой эффект реакции равен сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтапьпий образования исходных веществ.
Для реакции вида тепловой эффект г3Н определяется равенством ЬН = (нгХН + еЬН + ...) — (аЬН + бгзН + ...) /,В /,Е Так, для реакции взаимодействия кристаллического оксида алюминия и газообразного оксида серы (1Ч) А!гОз(к) + ЗВОз(г) = А)г(504)з(к) тепловой эффект в стандартных условиях ЬН; определяется уравне- нием Согласно данным табл. 18 тепловой эффект этой реакции составляет ЫХ'чз ж 1 моль ( — 3442,2 кДж/моль) — [! моль — (1676,0 кДж/моль) + + 3 моль ( — 396,1 кДж/моль)] = — 577,0 кДж.
Ват еще два примера расчета теплоты реакции * (значения гз Н* приведены пад формулами веществ): Не для всех веществ установлены точные значения гзН/ аз. Приводимые в разных литературных источниках, ани часто весьма противоречивы. ПаэтамУ РезУльтаты вычислений ГзН с использованием ЬН гз могУт сащественна Различаться. Зга относится и к рассматриваемым далее расчетам гзЯ и г3 О. 181 СаСОз(к) = СаО(к) + СОт(г) -1206,9 -635,5 -393,5 ЬН; = [(.635,5) + (-393,5\] †(-1206,9) = 177,9 кДж. 2КС!Оз(к) = 2КС!(к) + 30т(г) 2(-391,2) 2(-435,9) 0 2!Нтч = [2(-435,9) + О] — 2(-301,2! = -89,4 кДж. Энтальпии образования известны примерно для 4 тыс.
веществ в различных состояниях. Это позволяет чисто расчетным путем установить энергетические эффекты самых разнообразных процессов. Приведем некоторые примеры расчета энергетических эффектов процессов Тепловой эффект растворения вещества ЬН' росте КОН(к) = К'(р) + ОД (р) -425,8 -251,2 — 230,2 ЬН' = [(-251,2) + (-230,2)] — (-425,8) = -55,6 кДж. КНОв(к)= К (р) + 740,,(р) -493,2 -251,2 -207,5 ЛНрвс = [(-251,2) + (-207 5)] - (-493,2) = 34,5 кдж.
Теплота (энтальпия) фазового перехода Ма(к) = На(г) 0 108,3 2ХН озг !08 3 О 108 3 кДж. БОз(ж) = ЯОз(г) -439,0 -396,1 ЬН„' „= ( — 396,1) — ( — 439,0) = 42,9 кДж. Энергия диссоциации двухатомных молекул на атомы (энергия химической связи — 2гН = ~~в) дис 182 С! (г) = 2С!(г) 0 2(121,3) ЬН„' ис ж 2(1 2!.3) - 0 = 242,6 кДнс. ХО(г) = М(г) + 0(г) 90.25 472,8 246,8 ~Н' = (472,8 + 246,8) - 90,25 = 629,35 кДж. Энергия превращения атома в ион (энергия ионизации 2гН„ ..„и: сродство ь электрону 21Н л ), Н(г) = Н (г) + 21 7.98 1536,2 езН низ 1536'2 217'98 = 1318,22 кДхс О(г) + е = С! (г) 121.3 -233,6 г3Н' = ( 233 6) 121 3 = 354 9 кДж С помощью термохимическпх расчетов можно определить энергшо химических связей, энергию кристаллической решетки, эне!згг~нг мгжмолекулярного взаимодействия.
энтальпию растворения и сольватвцин (гидратации), энергетические эффекты фазовых превращений и т.д. Энергия химической связи. Значеииязги энергии связи часто потьзуютгя для вычисления тептовых эффектов реакций. если неизвегтны знтальпии образования веществ, участвующих в реакциях. Со значениями же теплот образования, возгонки. диссоциации и других энергетических эффектов пользуются для определения прочности межатомных.
межпонных и межмолекулярных взаимодействий. Вычислим энергию химической связи Н-С! (Е = —.аН', ! в Н-('! молекуле хлорида водорода по известной энтальппп образования з Н, = -92,6 кДж/моль и энгрпги дпгсоцпацип иолеьуч /.!И'! Н ( з Н' = 43 ьО ьДж/моль) и С!е(~ Н „, = 242.6 кДж/шщь ~ иа атомы. Образование молекул НС! пз простых вещегтв можно мыл донн 1 1зх ь «4м/ллль и,' «8«1«лль /эС!г(г) = С1(г), /эь5НдисС~з 1/зНз(г) = Н(г), '/сЬН сНг Нь(г) + С1(г) = НС!(г), ЬН' лдг ь «ььсг 4«йк на ь «яьг ио /эНэ(г) .1. /зС1з(г) = НС!(г), ь5Н Р и с. !10. Энтальпийнзя диаграмма образования НС1 из простых веществ Р и с.
111. Эитальпийная диаграмма об- разования НО из простых веществ Энергия кристаллической решетки. Энергия кристаллической решетки оценивается количеством энергии, которое необходимо затратить для разрушения кристаллической решетки на составные части и удаления их друг от друга на бесконечно большое расстояние. По значениям энергии кристаллической решетки можно судить о типе химической связи в веществе и ее энергии. Понятно, что наибольшую ,"!! энергию кристаллической решетки имеют ионные и ионно-ковалентные кристаплы, наименьшую — кристаллы с молекулярной решеткой '," (табл. 19), Металлы по значениям энергии кристаллической решетки занимают промежуточное положение.
Т а б л и ц а 19. Энергия (8дэ ) некоторых кристаллических решеюк '1' Крисгаллическая решетка Пример Кристалличес- кая решетка Пример кДж/мол кДж/моль Ионная Атомно-ме- К Сг СН Н 89,2 397,5 10,0 1,004 Атомно-кова- ленгная НО НР 50,2 29,3 185 разбить на стадии, диссоциация молекул С)з и Нэ на атомы и образ" ванне молекул НС! из атомов (рис. 110): В соответствии с законом Гесса алгебраическая сумма тепловых эффектов промежуточных стадий образования НС! из простых веществ равна энтальпии образования НС1: '/э11Н гС1з+ ~/э15Н исНг + ЬО = Н' ЬН = ь5Н вЂ” ~/сЬН гС)э — /эь1ьодигНэ Н-С1 / НС1 ЬН' = ( — 92,8) — (217,5 + 121,3) = — 431,6 кДж/моль, Н вЂ” С1 т.е.
энергия связи Е' = 431,6 кДж/моль. Н вЂ” С1 Образование хлорида водорода из простых веществ — процесс экзотермический. Согласно 150 = сего' 1! — ('/гь5Нд сНг+ '/гЬНдисС1«) Х НС1 Н вЂ” С1 дис энергия, выделяющаяся при образовании связей Н-С! в 1 моль НС1 (431,6 кДж/моль), перекрывает расход энергии на разрыв связей Н-Н и С1-С! в 1/2 моль Нэ (217,5 кДж/моль) и 1/2 моль С1г (121,3 кДж/моль).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
