шпоры к экзамену по химии у Попова / Р'Р_РїС_Р_С_ 20

Вопрос 20

Тепловой эффект химических реакций. Изменение энергии системы при протекании в ней химической реакции при условии, что система не совершает никакой другой работы, кроме работы рас­ширения, называется тепловым эффектом химической реакции. Как было ранее показано [см. уравнение (5.5)], при постоянном давлении (изобарических условиях) тепловой эффект реакции равен измене­нию энтальпии системы ДЯ. Он называется также энтальпией реакции.

Если система находится в изохорических условиях (V= const, ДК- 0), то из уравнения (5.2) следует:

бг=ДЦ (5.6)

т.е. в этом случае тепловой эффект химической реакции равен изме­нению внутренней энергии системы.

Поскольку в большинстве случаев химические реакции протека­ют при постоянном давлении, то в дальнейшем, кроме особо огово­ренных исключений, будут рассмотрены изобарические условия. Те­пловой эффект реакции будем называть также энтальпией реакции и обозначать ЛЯ. Если исходные вещества и продукты реакции нахо­дятся в стандартном состоянии (табл. 5.1), то тепловой эффект реак­ции называется стандартной энтальпией реакции и обо­значается ДЯ°.

Таблица 5.1. Условия стандартного состояния веществ

Состояние вещества Стандартное состояние вещества

Простое твердое вещество_______________Кристаллическое твердое вещество

Простое жидкое вещество_______________Чистая жидкость___________________

Газообразное Парциальное давление 100 кПа _____________________________________ (1 бар) или относительное давление * 1_

Растворенное Концентрация** 1 мОль/л

Под относительным давлением ~р будем понимать отношение давления, выра­женное в килопаскалях (кПа) к 100 кПа, т.е.р=р/100 = 0,01р.

Для идеального раствора, а для реального раствора- активность 1 моль/л (см. гл. 8).

120

Следует отметить, что стандартное состояние веществ не зависит от температуры. Если в результате реакции теплота выделяется, т.е. энтальпия системы понижается-(ЛЯ< 0), то реакция называется эк­зотермической. Реакция, протекающая с поглощением теплоты, т.е. с повышением энтальпии системы (АЯ> 0), называется эндо­термической.

Тепловой эффект реакции зависит (хотя и относительно мало) от температуры; поэтому в индексе обычно указывается температура ДЯ_Т или ДЯ°_Т, например ДЯ₂₉в или ДЯ°₂98-

Для большинства реакций изменение теплового эффекта в преде­лах температур, имеющих практическое значение, относительно не­велико. Например, тепловой эффект реакции окисления графита: (С + '.+ СО₂ - 2 СО) при увеличении температуры с 500 до 1500 К изменя­ется на 5%, а реакции окисления азота (V₂N₂ + '/₂ 0₂ = NO (г)) при по­вышении температуры с 298 до 4000 К — лишь на 2 кДж/моль (2,2%). Поэтому в дальнейшем будут использоваться значения ДЯ₂98 и в расчетах значения ДЯ считаться постоянными. При проведении более точных расчетов учитывается влияние температуры на энталь­пию реакции. На тепловой эффект также влияет давление. Однако, в пределах давлений, используемых в практике, эффект давления для большинства реакций относительно невелик. Например, при увели­чении давления с 10⁵ до 5-10⁷ Па тепловой эффект реакции синтеза ам­миака:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃(r)

изменяется на 5%. Поэтому в дальнейшем в расчетах влияние давле­ния на энтальпию реакции не будет учитываться, а будут использо­ваться стандартные значения энтальпий реакций (АЯ°).

Итак, тепловой эффект химической реакции при постоянном дав­лении равен изменению энтальпии системы, которую будем называть энтальпией химической реакции. Стандартная энтальпия и энтальпия химической реакции относительно мало отличаются друг от друга. Реакция называется экзотермической при ДЯ< 0 и эндотермической — при ДЯ> 0.