III. Энтальпии образования веществ Теоретическая часть

1). Рассчитать стандартную энтальпию образования какого-либо вещества (В) можно с использованием выражения (4) (см. разделII), известного как одно из следствий закона Гесса. При этом необходимо знать энтальпии образования всех остальных веществ и величину энтальпии реакции. Выразим из уравнения (4) величину стандартной этальпии образования вещества В(В):

(B) = (_C(C) + _D(D) - _A (A) - )/ _В.

При этом величину можно вычислить по пропорции (5), если известно количество выделившейся или поглотившейся теплотына определенное количество любого участвующего в реакции веществаn(В).

2). Другой путь расчета стандартной энтальпии образования или теплового эффекта реакции – построение искомого уравнения реакции из определенного набора химических реакций, для которых тепловые эффекты известны.

Поскольку энтальпия реакции есть функция состояния при p, Т=constи не зависит от пути процесса, т.е. числа и последовательности промежуточных стадий,термохимическими уравнениями можно оперировать также, как и алгебраическими.Уравнения химических реакций и соответствующие им тепловые эффекты можно складывать, вычитать, умножать на соответствующие коэффициенты. Решение заключается в построении такой алгебраической суммы данных уравнений реакций, которая соответствует искомому уравнению реакции.Тогда и тепловой эффект искомой реакции будет равен алгебраической сумме известных тепловых эффектов.

Оба способа основаны на одном принципе, вытекающем из Iзакона термодинамики и закона Гесса, – нахождении неизвестного теплового эффекта путем построения термохимического цикла. Только в первом случае заданными являются термохимические уравнения образования 1 моль сложных веществ из простых веществ в стандартном состоянии. Во втором случае могут быть любые другие уравнения с участием этих веществ.

Примеры решения задач

Задача 1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования газообразного бутанаC₄H₁₀, если при его сгорании образовались 224 л (н.у.) оксида углеродаCO_2(г), газообразная вода и выделилось 6647 кДж теплоты. Стандартные энтальпии образования(CO_2(г)) и(H₂O_(г)) известны.

Решение.Запишем уравнение реакции горения бутана и расставим стехиометрические коэффициенты:

C₄H_{10 (г)}+ 6,5О_{2 (г)}= 4CO_{2 (г)}+ 5H₂O_{( г)}.

При такой записи уравнения тепловой эффект реакции относится на 1 моль C₄H₁₀.

Запишем выражение для расчета теплового эффекта реакции:

= 4(CO_2(г)) + 5(H₂O_(г)) -(C₄H_10(г)).

Стандартная энтальпия образования О_{2 (г)}равна нулю. Величины(CO_2(г)) и(H₂O_(г)) берем из справочной таблицы. Искомой величиной является(C₄H_10(г)). Выразим уравнение относительно искомой величины:

(C₄H_10(г)) = 4(CO_2(г)) + 5(H₂O_(г)) -.

Теперь необходимо найти величину из условия задачи.

Рассчитаем количество вещества оксида углерода:

n(CO₂) = V^О(CO₂)/ V^О_м = 224/22,4 = 10 моль..

Воспользуемся пропорцией (5) и найдем тепловой эффект записанной нами реакции:

=  (CO₂) / n(CO₂) = (-6647)  4/10 = -2659 кДж.

Теперь подставим данные в записанное нами ранее выражение:

(C₄H₁₀) = 4(-393,5) +5(-241,8) –(-2659) = -124 кДж/моль.

Ответ. (C₄H_10(г)) = -124 кДж/моль.

Задача 2.При взаимодействии 508 г йода по реакции:

H_{2 (г)} +I_{2 (г)}= 2HI_(г)

выделилось 20,4 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную энтальпию образования йодистого водорода, если известна энтальпия сублимации йода _субл(I₂) = 62 кДж/моль.

Решение.Запишем выражение для расчета теплового эффекта реакции:

= 2(HI_(г)) -(H_2(г)) -(I_{2 (г)}).

Искомой величиной является (HI_(г)). Стандартная энтальпия образования водорода(H_2(г))=0, т.к. это простое вещество в стандартном состоянии. Для йода за стандартное принято твердое состояние, а не газообразное. Но нам известна энтальпия сублимации йода, т.е тепловой эффект процесса:

I_{2 (тв)}=I_{2 (г)},=_субл(I₂) =(I_{2 (г)}) = 62 кДж/моль.

Для расчета энтальпии образования HIнеобходимо знать тепловой эффект реакции, в которой он образуется.

Рассчитаем количество молей вступившего в реакцию йода:

n(I₂) = m(I₂)/ M(I₂) = 508/254 = 2 моль.

Составим пропорцию:

по уравнению на (I₂) мольвыделяетсякДж,

по условию на n(I₂) мольвыделяетсякДж.

=  (I₂) / n(I₂) = (-20,4)  1/ 2 = -10,2 кДж.

Теперь можно найти искомую величину из выражения для расчета теплового эффекта реакции:

(HI_(г)) = ( +(I_2(г)))/(HI_(г)) = (-10,2 + 62) / 2 = = 25,9 кДж/моль.

Ответ.(HI_(Г)) = 25,9 кДж/моль.

Задача 3.Определите тепловой эффектреакции

Fe₂O_{3 (тв)}+FeO_(тв)=Fe₃O_{4 (тв)},

используя следующие данные:

3 Fe₂O_{3 (тв)}+H_{2 (г)}= 2Fe₃O_{4 (тв)}+H₂O_(г) (1) = -13,3 кДж ,

Fe₃O _4(тв)+H_{2 (г)}= 3FeO_(тв)+H₂O_(г) (2) = -84,8 кДж.

Решение.Решение заключается в построении такой алгебраической суммы данных термохимических уравнений реакций, которая соответствует искомому уравнению реакции. Разделим оба уравнения на 3 (или умножим на 1/3), тем самым приведем к одному молю каждого из оксидовFe₂O₃ иFeO, как в искомом уравнении. Вычтем из первого уравнения второе и получим искомое:

1/3 3Fe₂O_{3 (Т)}+H_{2 (Г)}= 2Fe₃O_{4 (Т)}+H₂O_(Г) (1)



1/3 Fe₃O_{4 (Т)} + H_{2 (Г)} = 3 FeO_(Т) + H₂O_(Г) (2)

Fe₂O_{3 (Т)} + FeO_(Т) = Fe₃O_4(Т) (3)

Внимание, при переносе формульной единицы из одной части уравнения в другую знак перед ней, естественно, меняется.

Тогда тепловой эффект (3) тоже равен алгебраической сумме заданных тепловых эффектов:

(3) = 1/3((1) -(2)) =1/3(-13.3 –84,8) = -32.7 кДж.

Ответ.Тепловой эффект реакции(3) = -32.7 кДж.

Задача 4.Определите стандартную энтальпию образования сульфата цинка(ZnSO_4(тв)) по следующим данным:

2ZnS_(тв)+ 3O_{2 (г)}= 2ZnO_(тв) + 2SO_{2 (г)} = -927 кДж,

ZnSO_{4 (тв)}=ZnO_(тв)+SO_{3 (г)} = 230 кДж,

ZnS_(тв)=Zn_(тв)+S_(тв)= 184 кДж,

2SO_{2 (г)}+O_{2 (г)}= 2SO_{3 (г)}= -198 кДж.

Решение.ОпределитьZnSO₄) – значит надо рассчитать тепловой эффект такой реакции, в которой 1 моль этого вещества образуется из простых веществ в их стандартном состоянии (Zn_(тв),S_(тв),O_2(г)). Для этого, как и в предыдущей задаче, скомбинируем заданные уравнения реакций таким образом, чтобы в итоге получилось искомое уравнение.

1/2 2ZnS_(тв)+ 3O_{2 (г)}= 2ZnO_(тв) + 2SO_{2 (г)} (1) = -927 кДж,



1  ZnSO_{4 (тв)} = ZnO_(тв) + SO_{3 (г)} (2)= 230 кДж,



1  ZnS_(тв) = Zn_(тв) + S_(тв) (3)= 189 кДж,



1/2  2SO_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2SO_{3 (г)} (4) = -198 кДж.

Zn_(тв)+S_(тв)+ 2O_{2 (г)} =ZnSO_{4 (тв)}(5) =(ZnSO_4(тв)) = ?

Тогда искомая энтальпия образования ZnSO₄равна алгебраической сумме заданных тепловых эффектов:

(ZnSO₄) = 1/2(1) -(2) -(3) – 1/2(4) = = 1/2(-927) - 230 - 189 - 1/2(-198) = -981,5 кДж/моль.

Ответ.(ZnSO₄) = -981,5 кДж/моль.