Comment calculer l'effet thermique standard. Chaleur de réaction et calculs thermochimiques

23.09.2019

Effet thermique de la réaction

Tâche 82.
L'alcool éthylique gazeux C2H5OH peut être obtenu par l'interaction de l'éthylène C 2 H 4 (g) et de la vapeur d'eau. Écrivez l'équation thermochimique de cette réaction, après avoir d'abord calculé son effet thermique. Réponse : -45,76 kJ.
Solution:
L'équation de la réaction est :

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C2H 5 OH (g); = ?

Les valeurs des chaleurs standards de formation de substances sont données dans des tableaux spéciaux. Considérant que la chaleur de formation substances simples conditionnellement pris égal à zéro. Calculons l'effet thermique de la réaction en utilisant une conséquence de la loi de Hess, nous obtenons :

= (C 2 H 5 OH) – [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Équations de réaction dans lesquelles à propos des symboles composants chimiques leurs états d'agrégation ou de modification cristalline sont indiqués, ainsi que la valeur numérique des effets thermiques, dits thermochimiques. Dans les équations thermochimiques, sauf indication contraire, les valeurs des effets thermiques à pression constante Q p sont indiquées égales à la variation de l'enthalpie du système. La valeur est généralement indiquée à droite de l’équation, séparée par une virgule ou un point-virgule. Les désignations abrégées suivantes pour l'état d'agrégation d'une substance sont acceptées : g- gazeux, et- liquide, À

Si de la chaleur est dégagée à la suite d'une réaction, alors< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.

Répondre:- 45,76 kJ.

Tâche 83.
Calculez l'effet thermique de la réaction de réduction de l'oxyde de fer (II) avec l'hydrogène sur la base des équations thermochimiques suivantes :

a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g) ; = -13,18 kJ ;
b) CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g) ; = -283,0 kJ ;
c) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g) ; = -241,83 kJ.
Réponse : +27,99 kJ.

Solution:
L'équation de réaction pour la réduction de l'oxyde de fer (II) avec l'hydrogène a la forme :

EeO (k) + H 2 (g) = Fe (k) + H 2 O (g); = ?

= (H2O) – [ (FeO)

La chaleur de formation de l'eau est donnée par l'équation

H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ,

et la chaleur de formation de l'oxyde de fer (II) peut être calculée en soustrayant l'équation (a) de l'équation (b).

=(c) - (b) - (a) = -241,83 – [-283,o – (-13,18)] = +27,99 kJ.

Répondre:+27,99 kJ.

Tâche 84.
Lorsque le sulfure d'hydrogène gazeux et le dioxyde de carbone interagissent, de la vapeur d'eau et du disulfure de carbone CS 2 (g) se forment. Écrivez l'équation thermochimique de cette réaction et calculez d'abord son effet thermique. Réponse : +65,43 kJ.
Solution:
g- gazeux, et- liquide, À-- cristallin. Ces symboles sont omis si l'état agrégatif des substances est évident, par exemple O 2, H 2, etc.
L'équation de la réaction est :

2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS 2 (g) ; = ?

Les valeurs des chaleurs standards de formation de substances sont données dans des tableaux spéciaux. Considérant que les chaleurs de formation des substances simples sont classiquement supposées nulles. L'effet thermique d'une réaction peut être calculé à l'aide d'un corollaire de la loi de Hess :

= (H 2 O) + (СS 2) – [(H 2 S) + (СO 2)] ;
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS 2 (g) ; = +65,43 kJ.

Répondre:+65,43 kJ.

Équation de réaction thermochimique

Tâche 85.
Écrivez l'équation thermochimique de la réaction entre le CO (g) et l'hydrogène, à la suite de laquelle CH 4 (g) et H 2 O (g) se forment. Quelle quantité de chaleur sera dégagée lors de cette réaction si 67,2 litres de méthane étaient obtenus dans des conditions normales ? Réponse : 618,48 kJ.
Solution:
Les équations de réaction dans lesquelles leurs états d'agrégation ou modification cristalline, ainsi que la valeur numérique des effets thermiques sont indiqués à côté des symboles des composés chimiques, sont appelées thermochimiques. Dans les équations thermochimiques, sauf indication contraire, les valeurs des effets thermiques à pression constante Q p égales à la variation de l'enthalpie du système sont indiquées. La valeur est généralement indiquée à droite de l’équation, séparée par une virgule ou un point-virgule. Les désignations abrégées suivantes pour l'état d'agrégation d'une substance sont acceptées : g- gazeux, et- quelque chose, À- cristallin. Ces symboles sont omis si l'état agrégatif des substances est évident, par exemple O 2, H 2, etc.
L'équation de la réaction est :

CO (g) + 3H 2 (g) = CH 4 (g) + H 2 O (g) ; = ?

= (H 2 O) + (CH 4) – (CO)] ;
= (-241,83) + (-74,84) – (-110,52) = -206,16 kJ.

L'équation thermochimique sera :

22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22?4 = -618,48 kJ ; Q = 618,48kJ.

Répondre: 618,48 kJ.

Chaleur de formation

Tâche 86.
L'effet thermique de cette réaction est égal à la chaleur de formation. Calculez la chaleur de formation de NO sur la base des équations thermochimiques suivantes :
a) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2 O (l); = -1168,80kJ ;
b) 4NH 3 (g) + 3O 2 (g) = 2N 2 (g) + 6H 2 O (l); = -1530,28 kJ
Réponse : 90,37 kJ.
Solution:
La chaleur standard de formation est égale à la chaleur de réaction de formation de 1 mole de cette substance à partir de substances simples dans des conditions standards (T = 298 K ; p = 1,0325,105 Pa). La formation de NO à partir de substances simples peut être représentée comme suit :

1/2N 2 + 1/2O 2 = NON

On donne la réaction (a), qui produit 4 moles de NO, et la réaction (b), qui produit 2 moles de N2. L'oxygène est impliqué dans les deux réactions. Par conséquent, pour déterminer la chaleur standard de formation de NO, nous composons le cycle de Hess suivant, c'est-à-dire que nous devons soustraire l'équation (a) de l'équation (b) :

Ainsi, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NON ; = +90,37 kJ.

Répondre: 618,48 kJ.

Tâche 87.
Le chlorure d'ammonium cristallin est formé par la réaction de l'ammoniac et du chlorure d'hydrogène gazeux. Écrivez l'équation thermochimique de cette réaction, après avoir d'abord calculé son effet thermique. Quelle quantité de chaleur sera dégagée si 10 litres d'ammoniac étaient consommés dans la réaction, calculé dans des conditions normales ? Réponse : 78,97 kJ.
Solution:
Les équations de réaction dans lesquelles leurs états d'agrégation ou modification cristalline, ainsi que la valeur numérique des effets thermiques sont indiqués à côté des symboles des composés chimiques, sont appelées thermochimiques. Dans les équations thermochimiques, sauf indication contraire, les valeurs des effets thermiques à pression constante Q p égales à la variation de l'enthalpie du système sont indiquées. La valeur est généralement indiquée à droite de l’équation, séparée par une virgule ou un point-virgule. Les éléments suivants ont été acceptés : À-- cristallin. Ces symboles sont omis si l'état agrégatif des substances est évident, par exemple O 2, H 2, etc.
L'équation de la réaction est :

NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (k). ; = ?

= (NH4Cl) – [(NH3) + (HCl)] ;
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

L'équation thermochimique sera :

La chaleur dégagée lors de la réaction de 10 litres d'ammoniac dans cette réaction est déterminée à partir de la proportion :

22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ ; Q = 78,97 kJ.

Répondre: 78,97 kJ.

En thermochimie, la quantité de chaleur Q qui est libéré ou absorbé à la suite d’une réaction chimique est appelé effet thermique. Les réactions qui se produisent avec le dégagement de chaleur sont appelées exothermique (Q>0), et avec absorption de chaleur - endothermique (Q<0 ).

En thermodynamique, les processus dans lesquels de la chaleur est libérée sont appelés exothermique, et les processus dans lesquels la chaleur est absorbée - endothermique.

D'après le corollaire de la première loi de la thermodynamique pour les processus isochore-isothermes, l'effet thermique est égal à la variation de l'énergie interne du système .

Puisqu'en thermochimie, le signe opposé est utilisé par rapport à la thermodynamique, alors.

Pour les processus isobares-isothermes, l'effet thermique est égal à la variation d'enthalpie du système .

Si D H > 0- le processus se produit avec absorption de chaleur et est endothermique.

Si D H< 0 - le processus s'accompagne d'un dégagement de chaleur et est exothermique.

De la première loi de la thermodynamique il découle Loi de Hess :

l'effet thermique des réactions chimiques dépend uniquement du type et de l'état matières premières et les produits finaux, mais ne dépend pas du chemin de transition de l'état initial à l'état final.

Une conséquence de cette loi est la règle selon laquelle Avec les équations thermochimiques, vous pouvez effectuer des opérations algébriques ordinaires.

À titre d'exemple, considérons la réaction d'oxydation du charbon en CO 2.

La transition des substances initiales aux substances finales peut être réalisée en brûlant directement du charbon en CO 2 :

C (s) + O 2 (g) = CO 2 (g).

L'effet thermique de cette réaction est Δ H1.

Ce processus peut être réalisé en deux étapes (Fig. 4). Dans un premier temps, le carbone brûle en CO selon la réaction

C (t) + O 2 (g) = CO (g),

au deuxième CO brûle en CO 2

CO (t) + O 2 (g) = CO 2 (g).

Les effets thermiques de ces réactions sont respectivement Δ H2 etΔ N 3.

Riz. 4. Schéma du processus de combustion du charbon en CO 2

Les trois processus trouvent large application en pratique. La loi de Hess nous permet de relier les effets thermiques de ces trois processus à l'équation :

Δ H1=Δ H2 + Δ N 3.

Les effets thermiques des premier et troisième processus peuvent être mesurés relativement facilement, mais la combustion du charbon en monoxyde de carbone à hautes températures difficile. Son effet thermique peut être calculé :

Δ H2=Δ H1 - Δ N 3.

valeurs Δ H1 et Δ H2 dépendent du type de charbon utilisé. Valeur Δ N 3 pas lié à cela. Lorsqu’une mole de CO est brûlée à pression constante à 298 K, la quantité de chaleur est Δ N 3= -283,395 kJ/mol. Δ H1= -393,86 kJ/mol à 298K. Puis à 298K Δ H2= -393,86 + 283,395 = -110,465 kJ/mol.

La loi de Hess permet de calculer les effets thermiques de procédés pour lesquels il n'existe pas de données expérimentales ou pour lesquels ils ne peuvent pas être mesurés en les bonnes conditions. Cela s'applique aux réactions chimiques et aux processus de dissolution, d'évaporation, de cristallisation, d'adsorption, etc.

Lors de l'application de la loi de Hess, les conditions suivantes doivent être strictement respectées :

Les deux processus doivent avoir des états initiaux et des états finaux véritablement identiques ;

Non seulement ils devraient être les mêmes compositions chimiques produits, mais aussi leurs conditions d'existence (température, pression, etc.) et leur état d'agrégation, et pour substances cristallines et modification des cristaux.

Lors du calcul des effets thermiques des réactions chimiques sur la base de la loi de Hess, deux types d'effets thermiques sont généralement utilisés : la chaleur de combustion et la chaleur de formation.

La chaleur de la formation appelé effet thermique de la réaction de formation de cette connexionà partir de substances simples.

Chaleur de combustion est l'effet thermique de la réaction d'oxydation d'un composé donné avec l'oxygène pour former des oxydes supérieurs des éléments correspondants ou des composés de ces oxydes.

Les valeurs de référence pour les effets thermiques et d'autres grandeurs se réfèrent généralement à l'état standard de la matière.

Comme état standard liquide individuel et solides prennent leur état à une température donnée et à une pression égale à une atmosphère, et pour les gaz individuels - leur état lorsqu'à une température et une pression données égales à 1,01·10 5 Pa (1 atm.), ils ont les propriétés d'un idéal gaz. Pour faciliter les calculs, les données de référence sont référencées température normale 298 K.

Si un élément peut exister sous plusieurs modifications, alors la modification qui est stable à 298 K et pression atmosphérique, égal à 1,01·10 5 Pa (1 atm.)

Toutes les quantités liées à l'état standard des substances sont marquées d'un exposant en forme de cercle : . Dans les processus métallurgiques, la plupart des composés se forment avec dégagement de chaleur, donc pour eux, l'incrément d'enthalpie est de . Pour les éléments dans un état standard, la valeur est .

En utilisant les données de référence pour les chaleurs standard de formation des substances impliquées dans la réaction, vous pouvez facilement calculer l'effet thermique de la réaction.

De la loi de Hess il résulte :l'effet thermique de la réaction est égal à la différence entre les chaleurs de formation de toutes les substances indiquées du côté droit de l'équation(substances finales ou produits de réaction) , et les chaleurs de formation de toutes les substances indiquées sur le côté gauche de l'équation(matériaux de départ) , pris avec des coefficients, coefficients égaux avant les formules de ces substances dans l'équation de réaction :

Où n- le nombre de moles de la substance impliquée dans la réaction.

Exemple. Calculons l'effet thermique de la réaction Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2. Les chaleurs de formation des substances impliquées dans la réaction sont : pour Fe 3 O 4, pour CO, pour FeO, pour CO 2.

Effet thermique de la réaction :

Puisque la réaction à 298K est endothermique, c'est-à-dire vient avec l’absorption de la chaleur.

Toutes les méthodes de calcul des effets thermiques sont basées sur l'équation de Kirchhoff sous forme intégrale.

Le plus souvent, la norme 298,15K est utilisée comme première température.

Toutes les méthodes de calcul des effets thermiques se résument à des méthodes consistant à prendre l'intégrale du côté droit de l'équation.

Méthodes pour prendre l'intégrale :

I. Basé sur les capacités thermiques moyennes. Cette méthode est le plus simple et le moins précis. Dans ce cas, l'expression sous le signe intégral est remplacée par le changement capacité thermique moyenne, qui ne dépend pas de la température dans la plage sélectionnée.

Les capacités thermiques moyennes sont tabulées et mesurées pour la plupart des réactions. Ils sont faciles à calculer à partir de données de référence.

II. Selon les capacités thermiques réelles. (En utilisant des séries de températures)

Dans cette méthode, l’intégrande de la capacité thermique s’écrit sous la forme d’une série de températures :

III. Selon les composants à haute température de l'enthalpie. Cette méthode a reçu répandu avec le développement de la technologie des fusées pour calculer les effets thermiques des réactions chimiques à haute température. Elle est basée sur la définition de la capacité thermique isobare :

Composante haute température de l'enthalpie. Il montre à quel point l'enthalpie d'une substance individuelle change lorsqu'elle est chauffée d'un certain nombre de degrés.

Pour une réaction chimique on écrit :

Ainsi:

Conférence n°3.

Plan du cours :

1. II loi de la thermodynamique, définition, notation mathématique.

2. Analyse de la loi II de la thermodynamique

3. Calcul des changements d'entropie dans certains processus

Toute réaction chimique s'accompagne d'une libération ou d'une absorption d'énergie sous forme de chaleur.

En fonction du dégagement ou de l'absorption de chaleur, ils distinguent exothermique Et endothermique réactions.

Exothermique les réactions sont des réactions au cours desquelles de la chaleur est dégagée (+Q).

Les réactions endothermiques sont des réactions au cours desquelles de la chaleur est absorbée (-Q).

Effet thermique de la réaction (Q) est la quantité de chaleur libérée ou absorbée lors de l'interaction d'une certaine quantité de réactifs initiaux.

Une équation thermochimique est une équation qui spécifie l'effet thermique d'une réaction chimique. Ainsi, par exemple, les équations thermochimiques sont :

Il convient également de noter que les équations thermochimiques doivent nécessairement inclure des informations sur états d'agrégation réactifs et produits, puisque la valeur en dépend effet thermique.

Calculs de l'effet thermique de la réaction

Exemple tâche typique pour trouver l’effet thermique de la réaction :

Lorsque 45 g de glucose réagissent avec un excès d'oxygène selon l'équation

C 6 H 12 O 6 (solide) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q

700 kJ de chaleur ont été dégagés. Déterminez l’effet thermique de la réaction. (Écrivez le nombre au nombre entier le plus proche.)

Solution:

Calculons la quantité de glucose :

n(C 6 H 12 O 6) = m(C 6 H 12 O 6) / M(C 6 H 12 O 6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol

Ceux. Lorsque 0,25 mole de glucose interagit avec l’oxygène, 700 kJ de chaleur sont libérés. De l'équation thermochimique présentée dans la condition, il s'ensuit que l'interaction de 1 mole de glucose avec l'oxygène produit une quantité de chaleur égale à Q (effet thermique de la réaction). Alors la proportion suivante est correcte :

0,25 mole de glucose - 700 kJ

1 mole de glucose - Q

De cette proportion découle l’équation correspondante :

0,25 / 1 = 700 / Q

En résolvant cela, nous trouvons que :

Ainsi, l’effet thermique de la réaction est de 2 800 kJ.

Calculs utilisant des équations thermochimiques

Beaucoup plus souvent dans Travaux d'examen d'État unifié en thermochimie, la valeur de l'effet thermique est déjà connue, car la condition donne l'équation thermochimique complète.

Dans ce cas, il faut calculer soit la quantité de chaleur dégagée/absorbée avec une quantité connue de réactif ou de produit, soit, à l'inverse, par valeur connue chaleur, il est nécessaire de déterminer la masse, le volume ou la quantité d'une substance de tout participant à la réaction.

Exemple 1

D'après l'équation de la réaction thermochimique

3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ

68 g d'oxyde d'aluminium se sont formés. Quelle quantité de chaleur a été dégagée ? (Écrivez le nombre au nombre entier le plus proche.)

Solution

Calculons la quantité de substance d'oxyde d'aluminium :

n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol

Conformément à l'équation thermochimique de la réaction, lorsque 4 moles d'oxyde d'aluminium sont formées, 3 330 kJ sont libérées. Dans notre cas, il se forme 0,6667 mole d’oxyde d’aluminium. Après avoir noté la quantité de chaleur dégagée dans ce cas par x kJ, nous créons la proportion :

4 moles Al 2 O 3 - 3330 kJ

0,667 mole Al 2 O 3 - x kJ

Cette proportion correspond à l'équation :

4/0,6667 = 3330/x

En résolvant cela, nous trouvons que x = 555 kJ

Ceux. lorsque 68 g d'oxyde d'aluminium sont formés conformément à l'équation thermochimique dans ces conditions, 555 kJ de chaleur sont libérés.

Exemple 2

À la suite d'une réaction dont l'équation thermochimique

4FeS 2 (tv.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (tv.) + 3310 kJ

1655 kJ de chaleur ont été dégagés. Déterminer le volume (l) de dioxyde de soufre libéré (n°). (Écrivez le nombre au nombre entier le plus proche.)

Solution

Conformément à l'équation thermochimique de la réaction, lorsque 8 moles de SO 2 sont formées, 3 310 kJ de chaleur sont libérées. Dans notre cas, 1655 kJ de chaleur ont été dégagés. Soit la quantité de SO 2 formée dans ce cas x mol. Alors la proportion suivante est juste :

8 moles SO 2 - 3310 kJ

x mol SO 2 - 1655 kJ

D'où découle l'équation :

8 / x = 3310 / 1655

En résolvant cela, nous trouvons que :

Ainsi, la quantité de substance SO 2 formée dans ce cas est de 4 moles. Son volume est donc égal à :

V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(arrondi aux nombres entiers, puisque cela est requis dans la condition.)

Des problèmes plus analysés sur l'effet thermique d'une réaction chimique peuvent être trouvés.

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Exemple 1

Solution

Exemple 2

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